Жизнь в почве - Меркурий Сергеевич Гиляров

едином многоплановом процессе почвообразования ученые часто выделяют отдельные элементы, из которых этот процесс складывается. Советские почвоведы предложили схемы классификации таких элементов, которые профессор А. А. Роде обозначал как микропроцессы почвообразования, а известный географ академик И. П. Герасимов называл элементарными процессами почвообразования.

А. А. Роде под микропроцессами подразумевал простейшие реакции и явления, на которые может быть разложен каждый из процессов образования почвы. Он подразделял их на три группы. Первая — обмен веществом и поступление энергии в почву и из нее, взаимодействия между почвой и другими природными телами. Вторая — химические и энергетические превращения в самой почве. Третья — процессы перемещения веществ в энергии в почве.

Самое интересное, что в основе множества мельчайших, элементарных процессов почвообразования лежит биохимическая деятельность микроорганизмов. А некоторые микропроцессы — чисто микробиологические, как превращения азота, например: аммонификация, нитрификация, денитрификация.

Поэтому ленинградский микробиолог профессор Т. В. Аристовская предложила выделять в почве элементарные почвенно-биологические процессы, те простейшие «кирпичики», которые строят сложный мир химических превращений почвы, особенно превращений органического вещества. Здесь нас интересует только один процесс — разложение минералов той горной породы, на которой образовалась почва.

Разложение микробами горных пород имеет огромное значение для биосферы. Не будь его, живые организмы очень быстро исчерпали бы ресурсы большинства биогенных элементов. Особенно важно это в условиях влажного климата, где дожди постоянно промывают почву и выносят все растворимые элементы минерального питания, которые не успели перехватить другие микроорганизмы или же корни растений.

Есть множество микробов (в их числе бактерии, водоросли, грибы, актиномицеты, дрожжи), способных разрушать минералы и извлекать нужные им элементы или химические соединения — кислород, азот, железо, серу, калий и др. Как же мельчайшим живым существам удается сокрушить горные породы?

Для этого у них есть целый арсенал могучего химического оружия: ферменты, слизи, кислоты. Ферменты — средство строго избирательного воздействия. Например, с помощью ферментов серобактерии окисляют содержащие серу минералы. Многие микробы, попав в анаэробные условия, то есть в условия, где нет кислорода, способны с помощью особых ферментов «отнимать» кислород у окислов железа. А содержащие железо минералы при этом разрушаются.

Не столь избирательное, но еще большее по масштабам действие оказывают на минералы различные слизи, выделяемые микробами. Многие бактерии в почвах буквально погружены в слизь. Именно она составляет основную массу органических полимеров, особенно полисахаридов. Содержащиеся в слизи уроновые кислоты могут разрушать кристаллические решетки минералов, тем самым переводя в раствор, в усвояемое состояние нужные микробам вещества.

Микробы выделяют кислоты и в чистом виде, даже такие сильные, как азотная и серная. Иногда эти кислоты для микробов являются не оружием нападения на минералы, а просто экскретами, отбросами. Автотрофные микроорганизмы, в частности нитрификаторы и серобактерии, могут порой «захлебнуться» в выделяемых ими же самими кислотах.

Минералы легко растворяются многими кислотами, даже когда самим разрушителям это совершенно не нужно. Однако в биогеоценозе живут и другие существа, которые охотно поглощают минеральные соединения растворенных горных пород.

Но многие микробы, особенно гетеротрофные, разлагают минералы, например алюмосиликаты, целенаправленно. При этом используются чаще всего не минеральные, а органические кислоты: муравьиная, уксусная, масляная, лимонная, молочная, щавелевая, янтарная, винная, различные аминокислоты. Так поступают многие бактерии, но наиболее ярко выражена способность к кислотообразованию у микроскопических грибов. С помощью кислот микробы извлекают из минералов фосфор, многие металлы. В разложении горных пород достаточно велика и роль гумусовых кислот, фенольных соединений.

В процессе жизнедеятельности микробы выделяют и щелочи, особенно при разложении органики, аммонификации. Накоплению в почве щелочей способствует внесение навоза и других органических удобрений, если они содержат много азота. И вот уже щелочи растворяют кварц, труднорастворимые фосфаты, алюмосиликаты, нефелины.

Микробы выделяют и такие сильные химические реагенты, как водород, сероводород, метан, которые также разрушают минералы.

Все эти явления очень важны для почвообразования, для снабжения растений элементами минерального питания, для всей жизни биогеоценоза. Но совершенно очевидно, что эти же процессы еще важнее для эволюции почвы, для формирования почвенного слоя, накопления запаса биогенных элементов в живом веществе экосистемы при развитии почв на чистой скальной поверхности, песке или глине. Здесь свободно поселяются автотрофные микроорганизмы, лишайники (они тоже выделяют кислоты и могут растворять минералы), а все остальное — дело времени.

Обратите внимание: все процессы микробиального разложения горных пород могли идти на суше сотни миллионов лет назад, задолго до появления наземных растений и животных. Причем идти так же, как они идут и сейчас, обеспечиваемые теми же видами микробов. Есть и прямые доказательства исключительной древности микробов, которые способны разрушать камни. «Живые ископаемые», «колодец в прошлое» — каких только ярких эпитетов не использовали, чтобы подчеркнуть неизменность литотрофных («питающихся» камнем) микроорганизмов на протяжении последнего миллиарда лет истории Земли.

Однако микробы не только разрушают минералы, но и способствуют созданию многих новых, особенно содержащих кальций, фосфор, кремний, железо и алюминий.

Микробы, только они используют запасенную ранее энергию минеральных соединений. Еще в начале нашего века в экспериментах с микробами из кишечника дождевых червей было доказано разложение измельченных горных пород. Правда, микробы поглощают не все элементы, а преимущественно нужные им самим. Например, плесневые грибы в опытах за неделю извлекали из размельченного базальта 54 процента железа, 59 — магния, 11 — алюминия, немало кремния.

О том, что микробы могли жить на суше в протерозое, свидетельствуют и многие данные о физиологии этих организмов, их умении противостоять неблагоприятным физическим факторам среды, способности питаться самыми простыми веществами. Академик А. А. Имшенецкий доказал, что даже занесенные ветром на высоту 84 километра, в стратосферу и мезосферу, микробы сохраняют жизнеспособность. Есть микробы, которые обладают защитными пигментами: черными, зелеными, серыми, коричневыми. Такие формы не боятся высушивания, охлаждения до минус 196 градусов, больших доз ультрафиолетовой радиации.

А недавно микробиологи открыли новый мир среди бактерий — архебактерии. Они — продуценты метана, того самого газа, который мы сжигаем в газовых горелках в кухонных плитах. Эти строго анаэробные бактерии встречаются на Земле повсюду, в том числе и в почвах. Они разлагают органические вещества без доступа кислорода. Поразителен набор веществ, которые они используют в пищу: водород, углекислота, соли уксусной кислоты, простейшие органические молекулы с одним атомом углевода. Что же могло препятствовать таким или им подобным микроорганизмам жить на суше в докембрии? Очевидно, таких препятствий не было.

Пока это только предположение — остатков докембрийских почв с микробами еще никто не находил. Но согласимся с известным специалистом по докембрию академиком Б. С. Соколовым, который писал, что, как бы ни относиться к такой гипотезе, за время, прошедшее после 1947 года, когда она впервые была высказана Л. С. Бергом, ее никто не смог опровергнуть.

Как видим, важнейшие химические процессы