Жизнь в почве - Меркурий Гиляров

В основном это микроорганизмы - бактерии и грибы, которые питаются трупами, растительным опадом, постепенно разлагая, минерализуя органические вещества и возвращая их в мир неживой природы. Среди сапрофагов - множество почвенных животных, которые переваривают мертвые ткани растений вместе с заселяющими кх микробами. Но окончательное разложение и самих животных - сапрофагов, и их экскрементов выпадает на долю микробов.

Академик А. М. Уголев обратил внимание, что процессы поглощения и распада органических вешеств в природе на всех уровнях трофической цепи, навсех уровнях организации биологических систем имеют очень много общего. Сейчас происходит становление новой научной дисциплины - трофологии, которая изучает закономерности ассимиляции (то есть поглощения и усвоения) веществ живыми организмами на всех уровнях.

Доказано, что, несмотря на фантастическую разницу в масштабах явлений, которые происходят на клеточном уровне, в организме или в биосфере в целом, многие закономерности ассимиляции универсальны. Взять хотя бы такой процесс, как деполимеризация (гидролиз, переваривание) пищевых продуктов, в результате чего уничтожается их специфичность, принадлежность определенному виду животных или их органу, и образуются такие формы утилизируемых веществ, которые могут транспортироваться через клеточные мембраны. Сравнительно недавно стало понятно, что у всех живых организмов - от бактерий до млекопитающих - есть три основных типа пищеварения: внеклеточное, мембранное и внутриклеточное.

При внеклеточном пищеварении клетка выделяет растворимые ферменты "наружу", где они разрушают крупные молекулы ичи агрегаты пищевых веществ, осуществляв их начальное переваривание. Ферменты, которые связаны с клеточной мембраной, гидролизуют мелкие молекупы и способствуют всасыванию полученных полупродуктов. После того как эти вещества проникли внутрь клетки, их переваривание завершают ферменты в цитоплазме или в специальных полостях - вакуолях.

Поразительно сходны у всех живых существ, включая бактерии и дрожжи, механизмы переноса пищевых веществ через клеточные мембраны. Это единство механизмов переваривания пищи, как и единство химического состава организмов, является основой, на которой разные живые существа могут находить между собой "общий язык", совместно или поэтапно ассимилировать одну и ту же пищу, например растительные ткани.

Но нам бы хотелось обратить внимание на другое: именно благодаря деятельности микроорганизмов смогла возникнуть на суше основа существования растений, животных и человека - плодородная почва. Не случайно в земледелии многие приемы агротехники направлены на создание благоприятных условий для деятельности почвенной микрофлоры, от которой зависит урожай.

По своей численности и плодовитости микробы значительно превосходят все другие организмы, вместе взятые.

И по своим функциям микробы служат опорой всего живого - ведь они важнейшие звенья в круговороте веществ на планете. Да и по возрасту они самые древние среди живых существ.

И вот что любопытно: животные и растения не могут существовать ни друг без друга, ни без микробов. Микробы же не нуждаются в чужих соседях. Два миллиарда лет назад только они одни и существовали на нашей планете. Все другие формы жизни возникли не более одного миллиарда лет назад, причем и растения и животные могли произойти лишь от тех же самых микробов.

С микробами теснейшим образом связаны и высшие растения.

В середине XIX века одной из острых проблем практического земледелия было обеспечение почвы азотом в доступной растениям форме (атмосферный молекулярный азот они не усваивают). И здесь давний практический опыт заставил приглядеться к бобовым растениям, особенно к клеверу, поскольку было доказано, что они обогащают почву азотом. Но как это происходит?

Руководитель одной из сельскохозяйственных опытных станций в Германии Г. Гельригель в 80-х годах прошлого столетия обнаружил, что атмосферный азот бобовые растения усваивают благодаря особым клубенькам на их корнях. Гельригель предположил, а затем доказал экспериментально, что фиксируют азот не сами бобовые растения, а какие-то еще неизвестные в то время микроорганизмы, которые являются симбионтами (сожителями) растений.

Заслуга же открытия клубеньковых бактерий принадлежит русскому микробиологу М. С. Воронину, который в 1866 году опубликовал подробнейшее описание возникновения клубеньков на корнях ольхи и люпина и развития микроорганизмов в этих клубеньках. Гельригель знал о работах Воронина и опирался на установленные им факты. Работы Воронина вызвали оживленную полемику в научных кругах: не все приняли его вывод о бактериалъном происхождении клубеньков, некоторые полагали, что здесь присутствуют споры гриба или же "выродившиеся" грибы.

Вопрос этот окончательно решен был лишь выдающимся голландским микробиологом М. Бейеринком, который взялся проверить данные Воронина. Довольно быстро Бейеринк убедился, что в клубеньках бобовых живут действительно бактерии, но он пошел значительно дальше и получил чистую культуру этих бактерий в специально разработанной им самим среде. В своем капитальном исследовании "Бактерии из клубеньков бобовых растений", опубликованном в 1888 году, Бейеринк подробно описал выделенную бактерию и дал ей латинское название бациллюс радициола (корневая бацилла).

Между тем агрохимики доказывали, что в почвах происходит накопление азота и без участия бобовых растений. Например, А. Н. Энгельгардт, ученый-химик, пропагандист агрохимии в России, автор популярной в свое время книги "Химические основы земледелия", утверждал, что луга обогащаются азотом независимо от наличия бобовых культур. Такие же наблюдения были сделаны в Германии, Франции и Англии. И только после того, как С. Н. Виноградский показал, что выделенная им бактерия клостридиум может усваивать молекулярный азот воздуха, а затем и получил эту бактерию в чистой культуре, наука и земледелие получили ясный ответ: связанным азотом, который доступен растениям, почву обогащают микроорганизмы.

Но благотворное влияние невидимок на почву, а следовательно, и на весь зеленый мир планеты не ограничивается фиксацией молекулярного азота. Микробы разрушают трупы животных, остатки корней, стеблей и листьев растений и превращают мертвое органическое вещество в плодородный гумус, или перегной. Многие органические вещества они преобразуют в более простые минеральные вещества, растворимые в воде и поэтому доступные для растений.

Так обеспечивается на Земле непрерывность процессов образования все новой и новой органической, живой материи. И неудивительно что многие приемы современной агротехники направлены на интенсификацию микробиологических процессов в почве.

Начала почвенной зоологии

Почвенная зоология развилась на стыке зоологии и почвоведения. Зоология - одна из старейших отраслей естествознания, зародившаяся в глубокой древности и нашедшая отражение уже в трудах великого энциклопедиста античного мира Аристотеля. Почвоведение же - сравнительно молодая наука, получившая признание и современное развитие благодаря трудам замечательного русского естествоиспытателя В. В. Докучаева.

Роль животных в круговороте веществ в природе известна натуралистам давно. К. Линней писал, что в тропиках три мухи с их потомством съедают труп лошади быстрее, чем лев. Английский естествоиспытатель В. Кирби в 1800 году описал процесс разрушения мертвых деревьев в лесу и участие в нем насекомых и грибов примерно так же, как ученые, вернувшиеся к этой проблеме через полтора столетия.

Наблюдения петербургского профессора П. А. Костычева, современника В. В. Докучаева, показали, что именно деятельность животных (в его опытах личинок грибных комариков) способствует превращению гниющих листьев в аморфный перегной. Без животных, если разложение происходит только при участии грибов и бактерий, листья много лет сохраняют свою структуру.

И. И. Мечников в 1880 году писал, что в наших степных районах личинки жука кузьки и близких видов играют такую же роль, как и дождевые черви в более влажных районах. И немудрено, что в последних трудах В. В. Докучаева мы уже читаем: "Попробуйте пройтись по такой целинной древней степи и вырезать из нее кубик почвы, увидите вы, что в нем больше корней, трав, ходов жучков, личинок, чем земли. Все это бурлит, сверлит, точит, роет почву, и получается несравнимая ни с чем губка". Так изменились взгляды В. В. Докучаева менее чем за 20 лет!

Немецкий исследователь Р. Франсэ в 1912 году на страницах нашего старейшего журнала "Почвоведение" выступил со статьей, где говорилось о взаимосвязанных, обеспечивающих циркуляцию материи организмах, никогда не оставляющих почву, - сообществе, аналогичном планктону водоемов.

Почвенная фауна привлекала все большее внимание, методы исследования совершенствовались. Итальянский зоолог А. Берлезе в 1905 году предложил новый способ быстрого извлечения мелких членистоногих из проб почвы и других субстратов, а когда в 1918 году для нагрева почвы датчанин А. Тульгрен применил в приборе электрическую лампочку, метод получил название "автоматической выборки". Новые приемы, позволяющие учитывать живущих в почве личинок, ввели у нас в практику 3. С. Головянко и другие энтомологи.