Введение

Микробиология (от греч. mikros малый, bios жизнь, logos — наука) — наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, называемых микроорганизмами, или микробами.

Микробиология как наука изучает морфологию, систематику и физиологические особенности микроорганизмов, условия их жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека. Микробиологи разрабатывают способы использования полезных микробов в сельском хозяйстве и промышленности, средства и методы борьбы с патогенными микроорганизмами, вызывающими болезни растений, животных и человека.

Микроорганизмы можно обнаружить только при помощи оптического или электронного микроскопа. Максимальное увеличение оптического микроскопа составляет 3000. Это позволяет различать частицы размером не менее 0,1—0,2 мкм[1]. Современные электронные микроскопы имеют разрешающую способность до 0,15 нм[2], что дает возможность видеть не только мельчайшие организмы, но и тонкие структуры клеток. Подобный микроскоп увеличивает рассматриваемый объект в 750 000 раз.

Мир микроорганизмов в природе весьма разнообразен. Значительное их число представлено бактериями, в том числе цианобактериями (синезелеными водорослями). Многочисленную группу микроорганизмов составляют грибы. К особой группе ультрамик- роскопических организмов относят вирусы, не имеющие клеточного строения и служащие возбудителями различных болезней растений, человека и животных. Известны и ультрамикроскопические паразиты микроорганизмов, так называемые фаги, иначе еше называемые вирусами микробов. Микробиология изучает также многочисленных простейших животных (протозоа) и водоросли, имеющие микроскопические размеры.

Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почвах, водоемах, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т. д. Микроорганизмы можно выявить и в песках пустынь, и во льдах Арктики и Антарктики, в воде и иле морей и океанов, на скальных породах высоко в горах и в глубине шахт.

Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоемах, они обусловливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти, многих других полезных ископаемых. Микроорганизмы участвуют в выветривании горных пород и прочих природных процессах.

Многие микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, изготовление кисломолочных продуктов, виноделие, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовых белков, органических кислот и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицине, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно велико значение микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. Это обогащение почвы азотом, борьба с вредителями сельскохозяйственных культур при помощи микробных препаратов, правильное приготовление и хранение кормов, получение кормового белка, антибиотиков и других веществ микробного происхождения.

Микроорганизмы оказывают положительное влияние на процессы разложения веществ неприродного происхождения — ксенобиотиков, попадающих в почвы и водоемы и загрязняющих их.

Наряду с полезными микроорганизмами существует большая группа так называемых болезнетворных, или патогенных, микроорганизмов, вызывающих разнообразные болезни сельскохозяйственных животных, растений, насекомых и человека. В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии заразных болезней человека и животных, что сказывается на развитии экономики и производительных сил общества.

Полученные в последние десятилетия научные данные не только существенно расширили представления о почвенных микроорганизмах и процессах, вызываемых ими в окружающей среде, но и позволили создать новые отрасли в промышленности и сельскохозяйственном производстве. Например, открыты антибиотики, выделяемые почвенными микроорганизмами, и показана возможность их использования для лечения человека, животных и растений, а также при хранении сельскохозяйственных продуктов. Обнаружена способность почвенных микроорганизмов образовывать биологически активные вещества: витамины, аминокислоты, стимуляторы роста растений — ростовые вещества и т. д. Найдены пути использования белка микроорганизмов для кормления сельскохозяйственных животных. Созданы микробные препараты, усиливающие поступление в почву азота из воздуха.

Открытие новых методов получения наследственно измененных форм полезных микроорганизмов позволило шире применять микроорганизмы в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Особенно перспективно развитие генной, или генетической, инженерии. Ее достижения обеспечили развитие биотехнологии, появление высокопродуктивных микроорганизмов, синтезирующих белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие необходимые для животноводства и растениеводства продукты.

С микроорганизмами человечество соприкасалось всегда, долгое время даже не догадываясь об их существовании. С незапамятных времен люди наблюдали брожение теста, готовили спиртные напитки, сквашивали молоко, делали сыры, переносили различные заболевания, в том числе эпидемические. Свидетельством последнего в библейских книгах служит указание о повальной болезни (вероятно, чуме) с рекомендациями сжигать трупы и делать омовения.

Однако до середины XIX в. даже никто не представлял, что разного рода бродильные процессы и заболевания могут быть следствием деятельности ничтожно малых существ.

Джироламо Фракасторо (1478-1553)

Рис. 1. Джироламо Фракасторо (1478-1553)

До XV в. предполагали, что болезни вызывают «миазмы» — особые болезнетворные испарения, содержащиеся в воздухе. Теорию «болезнетворных миазмов» в IV в. до н. э. создал великий врач древности Гиппократ. Его теория была подвергнута пересмотру в V в. до н. э. греческим ученым Фукидидом. Последний, наблюдая ужасы чумы, свирепствовавшей во время пелопонесской войны, предположил, что заболевания вызывают не столько болезнетворные миазмы, сколько мельчайшие живые частицы, проникающие в организм человека через рот, — явление, получившее у римлян название contagium vivum.

Столь гениальное предвидение микробной теории начало утверждаться лишь в XIX столетии.

Позднее итальянский врач Л. Фракасторо (1478—1553) (рис. I), развивая учение о «контагии», писал, что контагий представляет собой инфекционного возбудителя.

Попадая, например в организм, этот возбудитель активно размножается и быстро распространяется по всему телу. Возбудители инфекции могут проникать в организм при непосредственном контакте, через одежду и с воздухом. Своей гениальной догадкой Фракасторо, как и Фукидид, предвосхитил открытие микробов.

Антон ван Левенгук (1632-1723)

Рис. 2. Антон ван Левенгук (1632-1723)

В конце XVI в. (около 1590 г.) голландцы Г. и 3. Янсены впервые создали сложный микроскоп. В начале XVII в. известный астроном Г. Галилей сконструировал сложный микроскоп с небольшим увеличением, представляющий собой короткофокусные линзы. Этот прибор постепенно совершенствовал как сам Галилей, так и другие исследователи.

В 1646 г. ученый-иезуит, профессор Collegium Romanum в Риме А. Кирхнер (1601 — 1680) обнаружил при помощи лупы в гниющих растворах очень малые живые существа. Он утверждал, что чуму и оспу вызывают живые невидимые частицы. Наблюдения Кирхнера остались малоизвестными.

Открытие невидимого мира принадлежит голландскому ученому А. ван Левенгуку (1632—1723) (рис. 2), которого справедливо считают отцом микрографии, т. е. описательной микробиологии. Торговец полотном А. ван Левенгук весь свой досуг посвящал искусству шлифования линз. Ему удалось создать приборы, дававшие значительно более совершенную картину увеличенных объектов, чем существовавшие в те времена оптические системы. Система А. ван Левенгука давала линейное увеличение в 280 раз (рис. 3).

Благодаря интересным открытиям, сделанным при помощи микроскопов, А. ван Левенгук вошел в историю как великолепный естествоиспытатель. Он наблюдал компоненты крови, систему кровообращения, структуру тканей растений, ми крое коп провал насекомых, водоросли, простейших и т. д. Непосредственное открытие микробов произошло в 1676 г., когда А. ван Левенгук, рассматривая в микроскоп капли дождевой воды, стоявшей несколько дней в бочке, заметил огромное количество очень маленьких движущихся организмов. В свежей дождевой воде таких существ не оказалось. Отсюда исследователь заключил, что зародыши организмов попадают в воду из воздуха. А. ван Левенгук однажды записал, что никогда его взору не представлялось более приятного зрелища, чем тысячи живых существ «анималькулей» («живых зверьков») в капле воды.

О своих наблюдениях А. ван Левенгук в письмах сообщал в Лондонское королевское общество. Для нас особенно интересно од-

Микроскоп А. ван Левенгука

Рис. 3. Микроскоп А. ван Левенгука

Первые рисунки бактерий из налета зубов людей, посланнныс А. ван Левенгуком, 17 сентября 1683 г. в письме № 39 в Лондонское королевское общество

Рис. 4. Первые рисунки бактерий из налета зубов людей, посланнныс А. ван Левенгуком, 17 сентября 1683 г. в письме № 39 в Лондонское королевское общество

но из его писем с подробным описанием и отчетливыми изображениями различных бактерий, обитающих во рту человека (рис. 4). Собрано уже 20 объемных томов рукописей исследователя.

Интересовался работами ученого и его современник русский парь Петр I. Во время поездки в Голландию весной 1698 г. он встретился с А. ван Левенгуком, ознакомился с усовершенствованными им микроскопами и серией препаратов. Петр I выразил желание приобрести увеличительные инструменты для русской Кунсткамеры. Один микроскоп царь получил в подарок.

С 1725 г. в мастерских Академии наук в Санкт-Петербурге началось производство отечественных микроскопов. Среди умельцев-кон- структоров этих точных инструментов особенно прославился И. Багяев с сыновьями. Производством микроскопов в России в конце XVIII в. руководил известный механик-самоучка И. Кулибин. В 1741 г. в распоряжении Российской академии наук уже был 21 микроскоп.

В результате развития оптики после открытий А. ван Левенгука всеобщее внимание к миру микроорганизмов возрастало. Началось описание отдельных их представителей. Вместе с тем ученые того времени еще не подозревали о роли микроорганизмов в природе. Для наблюдателей это были лишь весьма курьезные, интересные существа, составлявшие развлечение для микроскопистов.

Накопление материала о формах и разнообразии микроорганизмов продолжалось довольно долго. Размеры объекта крайне затрудняли исследования. Возможности его познания даже у опытных исследователей иногда вызывали скептицизм. Так, выдающийся шведский ученый К. Линней (1707—1778), создавший первую систему живого мира, введший бинарную номенклатуру, в 1767 г. в статье «Mundus invisibiles» высказал отрицательное отношение к изучению микробов. Великий систематик не мог разобраться в разнообразных формах микроорганизмов и объединил их в один общий род, дав ему характерное название «Chaos» («Хаос»). К. Линней считал, что не следует углубляться в изучение этого невидимого мира, так как творец, создавая его, очевидно, предполагал сохранить эту область за собой.

Первую серьезную попытку систематизировать микробов в 1786 г. сделал датский ученый О. Мюмер, описавший живые микроскопические организмы (анималькули), обитающие в воде и почве. Их назвали «инфузории» — развивающиеся в настоях (infusium). Следующим систематиком микробов был X. Г. Эренберг. В 1838 г. в книге «Инфузории как совершенные организмы» он предложил разделить инфузории на 22 семейства, из которых три содержат описания бактерий. Книга была снабжена прекрасным атласом.

Ряд ценных данных о микроорганизмах получил русский исследователь, известный врач Д. С. Самойлович (1744—1810). Изучая причины свирепствовавших тогда эпидемий чумы, он много внимания уделил раскрытию природы этого заболевания. В результате исследователь пришел к оригинальному для своего времени заключению, что возбудителем чумы служит «особливое и совсем отменное существо». В 1792—1793 гг. Д. С. Самойлович попытался изготовить вакцину, привив здоровым людям очень малые дозы «слабой чумы». По-видимому, он вводил разведенный в воде гной из бубонов больных легкой формой болезни. Врач и ученый совершенствовал свои знания, работая в ряде стран Европы. В Лейдене он защитил диссертацию и получил звание доктора медицины. Д. С. Самойлович был членом пятнадцати академий.

Нельзя не отметить и работы М. М. Тереховского (1740—1796), доказавшего, что анималькули, возникающие в настоях, происходят из воды, используемой для этих настоев. Ученый отмечал, что предварительное кипячение или замораживание такой воды делает настои стерильными. Таким образом, опыты Тереховского с удивительной простотой доказали, что анималькули не зарождаются внезапно, самопроизвольно из неживой материи, а появляются в колбах с настоями вместе с некипяченой водой. Выводы ученого предвосхитили научные обоснования, сделанные через сто лет Л. Пастером, положившим начало асептике — системе стерилизации посредством кипячения или использования горячих паров.

Заключающим событием ознакомительного этапа развития микробиологической науки стала вышедшая в середине XIX в. в России книга П. Ф. Горяйнова (в основном он придерживался систематики X. Г. Эренберга) «Зоология», один из разделов которой был посвящен инфузориям.

Новая эра систематических и морфологических исследований микроорганизмов началась с работ ботаников Ф. Кона (1828—1898) и К. Heeejiu (1817—1891). Их исследования помогли установить природу некоторых микроорганизмов (бактерий). С именами этих ученых связан возникший в то время спор о существовании и устойчивости у бактерий естественно-исторических видов. Ф. Кон был убежденным мономорфистом, т. е. признавал у бактерий, как и у высших организмов, постоянство видов. К. Негели, подобно большинству его современников, относился к плеоморфистам. По его взглядам, отдельные виды микроорганизмов в зависимости от условий существования способны легко менять форму и физиологические функции. Представления плеоморфистов возникли отчасти вследствие несовершенных методик работы с микроорганизмами, культуры которых загрязнялись посторонними формами микроскопических существ.

Так или иначе, но к середине XIX в. был накоплен большой материал о разнообразных группах микроорганизмов. Однако физиологию и обмен веществ микроскопических существ исследования не затрагивали. Поэтому роль микромира в природе, а также в жизни и деятельности человека оставалась невыясненной.

Дальнейшее широкое развитие микробиологии связано с именем великого французского ученого Л. Пастера (1822—1895) (рис. 5). Он впервые показал огромную роль микроорганизмов как участников разнообразных биохимических превращений и возбудителей заболеваний живых существ. Работы Л. Пастера открыли новый период в развитии микробиологии, который называют физиологическим.

Луи Пастер (1822—1895)

Рис. 5. Луи Пастер (1822—1895)

В начале научной деятельности Л. Пастер, будучи по образованию химиком, сделал ряд важных открытий в области химии. Он наблюдал, как гриб Penicillium glaucum и дрожжи, развиваясь на соли рацемической винной кислоты, потребляют лишь один из оптических изомеров. Работа ученого сыграла важнейшую роль в развитии биохимии, дала мощный толчок развитию исследований в области стереохимии ферментативного катализа.

Первым шагом на пути Л. Пастера к будущим микробиологическим исследованиям послужило открытие брожения как результата жизнедеятельности микроорганизмов. По воззрениям того времени, данный процесс считался чисто химическим, вызываемым самопроизвольно распадающимся белком. Л. Пастер, кроме того, установил, что каждый тип бродильного процесса имеет своих возбудителей. В дальнейшем ученый доказал, что сахар превращается в молочную кислоту под воздействием специфических молочнокислых бактерий, спиртовое же брожение вызывают другие микроорганизмы — дрожжи.

Позднее, изучая возбудителей маслянокислого брожения, Л. Пастер выявил, что они могут жить только в отсутствие кислорода, т. е. были открыты «строгие анаэробы». Открытие бескислородной жизни вызвало взрыв протестов, так как считалось, что кислород — «жизненный газ», без которого существование организмов невозможно. Обнаруженное Л. Пастером явление анаэробиоза имело большое значение в создании теории брожения. По мнению Л. Пастера, брожение — не что иное, как жизнь без свободного кислорода. При анаэробиозе бактерии получают необходимую для жизни энергию, вызывая распад, т. е. брожение, органических соединений.

Изучая уксуснокислое брожение, т. е. окисление бактериями винного спирта в уксусную кислоту, Л. Пастер убедился в существовании особого типа превращений органических веществ микроорганизмами, названного окислительным брожением. Эти исследования имели не только научное, но и практическое значение. Так, по вопросам бродильного производства — виноделию, пивоварению и получению уксуса — Л. Пастер опубликовал гри монографии. В них были даны ценные указания по улучшению технологии данных процессов. Ученый доказал, что даже болезни вина и пива возникают при участии микроорганизмов.

Исследуя брожение, Л. Пастер не мог пройти мимо такого распространенного и важного процесса, как гниение белковых веществ, который ранее рассматривали как химический. Он убедился в биологической природе гниения, установив также, что распад мочевины вызывают бактерии, отдельные виды которых ученый описал.

Самопроизвольное зарождение живых организмов признавалось в течение многих веков. Работы ряда исследователей, в том числе М. М. Тереховского, показали его невозможность, тем не менее до середины XIX в. проблема оставалась нерешенной. Лишь работы Пастера, определившие роль отдельных микроорганизмов в различных процессах, позволили окончательно установить невозможность самозарождения микробов. За решение этой проблемы Л. Пастеру была присуждена премия Французской академии наук. Безупречные опыты ученого доказали, что если питательные среды простсрили- зованы, т. е. надежно обезврежены от микроорганизмов, то жизнь в них даже в примитивных формах зародиться не может. В качестве возражения оппонентам Л. Пастер указывал на методические ошибки проведенных ими экспериментов.

В результате микробиолог сумел внушить людям безграничное доверие к хорошо проведенной стерилизации, устранив навсегда опасение, что после нее могут самопроизвольно возникнуть другие микробы. Современные дезинфекция и антисептика, а позднее асептика основываются с теоретической точки зрения на работах Л. Пастера.

С 1849 г. на юге Франции стали гибнуть шелковичные черви от болезни, называемой пебриной. К 1865 г. шелковичная промышленность юга страны оказалась на грани гибели. Комиссия сената Франции обратилась к Л. Пастеру с просьбой выяснить причины болезни. В течение пяти лет ученый работал над установлением инфекционного характера заболевания. Для борьбы с болезнью он рекомендовал профилактические меры. В результате заболевание пебриной было ликвидировано. Пастер рекомендовал также меры борьбы с другой болезнью шелковичного червя — фляшерией, или спячкой. Возбудителем этой болезни был стрептококк.

Исследуя болезни шелковичных червей, ученый приблизился к решению медицинских и ветеринарных вопросов. Труды, посвященные пебрине и фляшерии, привели к ценным практическим и теоретическим результатам. Например, Л. Пастер разработал несложный метод проверки и селекции грены, позволяющий удалять из питомников бабочек, зараженных пебриной. С теоретической точки зрения изучение тутового шелкопряда также имело большое значение. В результате анализа проведенных работ исследователь разработал микробную теорию заразных заболеваний.

В середине XIX в. в крови животных, павших от сибирской язвы, учеными были обнаружены неподвижные нитевидные тельца — «бактеридии». Л. Пастера заинтересовала причина этого заболевания, встречавшегося как у человека, так и у животных. Он установил, что его вызывает бактерия. Это было доказано опытами по отстаиванию чистой культуры сибиреязвенной палочки. Бактерии оседали на дно сосуда, и животное не заболевало от прививки ему из верхнего прозрачного слоя жидкости, так как развитие болезни могли вызвать только бактерии, содержащиеся в нижнем, мутном слое.

Для борьбы с сибирской язвой Л. Пастер предложил предохранительные прививки. Ранее экспериментируя с возбудителем куриной холеры, он обнаружил, что впрыскивание ослабленных раз- ведений возбудителя обусловливает невосприимчивость птицы к заболеванию. Данный принцип был положен в основу профилактики сибирской язвы животных. Сибиреязвенную палочку выращивали при повышенной температуре (42—43 °С), что вызывало резкое снижение ее болезнетворных свойств и даже полную их потерю. Затем прививали животному ослабленную культуру (вакцинация), вызывая формирование длительной невосприимчивости (иммунитет) к болезни.

Эффект иммунизации наглядно продемонстрировали на одной из ферм под Парижем. Стадо из 60 овец и десяти коров поделили на две равные по числу голов группы, животным одной группы сделали прививки, а другую группу оставили как контрольную. Затем все стадо заразили активной культурой сибиреязвенной палочки. Результат был поразительным: через несколько дней контрольные животные погибли, вакцинированные же остались живы.

Изучая сибирскую язву, ученый выяснил и причину существования «проклятых пастбищ». При выпасе скота на таких пастбищах животные нередко заражались. Оказалось, что здесь закапывали павший от болезни скот. Л. Пастер доказал, что сибиреязвенный микроб способен длительное время существовать в почве. Земляные черви выносят на поверхность почвы споры микроорганизма, инфицирующие корм, который и вызывает болезнь.

После работ с сибирской язвой Л. Пастер занимался поиском возбудителей и других заразных болезней. В его лаборатории исследовали краснуху, или рожу, свиней, фурункулез и послеродовую горячку человека и, наконец, бешенство. Было обнаружено, что каждую из перечисленных болезней вызывает специфический микроорганизм, внедряющийся в живой организм извне. Особенно следует остановиться на работах великого французского ученого по изучению бешенства, которые были начаты им в 1880 г. Исследования в этом направлении позволили установить следующее. Возбудитель болезни, находящийся в слюне больных собак, невидим под микроскопом. Теперь-то мы знаем, что это был вирус. Выяснилось также, что яд бешенства локализуется в головном и спинном мозге. При медленном высушивании мозга бешеных кроликов Пастер получил сильно ослабленную вакцину. Введением животным эмульсий этого препарата удалось иммунизировать их и сделать невосприимчивыми к активному вирусу бешенства.

Работы Л. Пастера по предохранительным прививкам против бешенства стали широко известны. В 1886 г. появились и первые пациенты — люди, покусанные бешеными животными. Прививка спасла их от смерти. Это произвело такое впечатление, что толпы укушенных животными людей из Франции, Великобритании, Австрии, Бельгии, России, Румынии, Финляндии хлынули в лабораторию Пастера. Однако вследствие отдельных неудач возникали сомнения и нападки на Пастера. Его даже обвиняли в шарлатанстве.

Тем не менее огромный опыт свидетельствовал в пользу ученого, и метод антирабических (против бешенства) прививок распространялся все шире. Уже к концу 1886 г. свыше 2500 человек избежали бешенства благодаря антирабическим прививкам.

Исследования Л. Пастера, приведшие к разработке метода предохранительных прививок, заложили основы новой науки — иммунологии.

Таким образом, было оправдано гениальное предвидение знаменитого английского химика и философа Р. Бойля, который еще в XVII в. считал, что природу заразных болезней поймет тот, кто объяснит явление брожения.

Заслуги Л. Пастера были оценены еще при его жизни. В 1873 г. он был избран во Французскую медицинскую академию, а в 1882 г. — в Академию наук Франции. В 1884 г. Санкт-Петербургская академия наук избрала известного естествоиспытателя членом-корреспонден- том по разряду биологических наук физико-математического отделения, а в 1893 г. — почетным членом.

Долгое время Л. Пастер работал в небольшой лаборатории. В 1871 г. ученый писал, что его лаборатория была слишком ничтожна, и для воплощения его больших планов в ней недостает света, воздуха и места.

На средства, собранные по подписке, в Париже в 1888 г. был открыт Пастеровский институт. Крупный взнос на строительство института был сделан правительством России. В этом, ставшем впоследствии знаменитым, инстигуге работа!и многие выдающиеся микробиологи, в том числе русские. Среди них автор классических работ в области сравнительной патологии, эволюционной морфологии, микробиологии и иммунологии И. И. Мечников. Длительное время (1922—1953) проработал в институте и С. Н. Виноградский, выполнивший важнейшие исследования в области почвенной микробиологии.

Роберт Кох (1843-1910)

Рис. 6. Роберт Кох (1843-1910)

В число сотрудников Пастеровского института входили известные русские ученые А. М. Бсзрсдка, Н. Ф. Гамалея, В. А. Хавкин, Я. Ю. Бардах, Н. В. Склифосовский, Г. Н. Габричевский, Л. А. Тарасевич, П. В. Циклинская и многие другие. Контингент русских был столь велик, что историограф Пастеровского института А. Делане в шутливой форме говорил, что он не знает, был ли в конце XIX в. институт Пастера французским или русско-французским учреждением.

Интенсивная работа в области медицинской микробиологии в XIX в. началась и во многих других странах. В Германии, например, исследования большой важности по этиологии ряда инфекционных болезней были выполнены Р. Кохом (1843—1910) (рис. 6). Он был и создателем современной микробиологической техники.

Значительный вклад в развитие медицинской микробиологии внесли также П. Эрлих, Э. Беринг, О. Ру и др. Выдающимися были и работы русских медицинских микробиологов Л. С. Шнковского (1822— 1887), И. И. Мечникова (1845—1916), Н. Ф. Гамалеи (1859-1949), Г. Н. Габричевского (1860—1907), Д. К. Заболотного (1866— 1929).

Сергей Николаевич Виногралский (1856—1953)

Рис. 7. Сергей Николаевич Виногралский (1856—1953)

В России важная роль микробиологии для народного здравоохранения обусловила создание медицинских научно-исследовательских учреждений микробиологического профиля. Когда стало очевидным, что на микробиологических процессах основаны многие пищевые производства, а в сельском хозяйстве с их учетом построены почти все агротехнические приемы, появилась потребность в более широком изучении микроорганизмов. Приведем краткий очерк основополагающих исследований в области почвенной и сельскохозяйственной микробиологии, выполненных ранее и проводящихся сейчас в ряде стран.

Известны работы французских ученых XIX столетия Я. Шле- зинга и А. Мюнца по изучению процесса нитрификации. Русский ученый С. Н. Виноградский (рис. 7), работая во Франции, создал классический труд «Микробиология почвы» (1952). Долгое время отдел почвенной микробиологии в Пастеровском институте возглавлял известный ученый Ж. Пошон. Книга Ж. Пошона и Г. де Баржака «Почвенная микробиология» была переведена на русский язык и издана в нашей стране (1960). В 1970 г. во Франции вышла фундаментальная работа И. Домерга и Ф. Манжено «Экология почвенных м и кроорган измов».

Принципиальное значение имеют исследования английских микробиологов, особенно всемирно известной Ротамстедской опытной станции, где в прошлом веке Р. Уорингтон изучал особенности процесса нитрификации. Позднее здесь были развернуты исследования по симбиотической азотфиксации и микоризе у растений (Ф. Патман, В. Мосс).

В Нидерландах в конце XIX и начале XX столетия исследования в области фиксации молекулярного азота свободноживущими и симбиотическими бактериями провел М. Бейеринк (рис. 8). В Германии в конце XIX в. Г. Гельригель и Г. Вильфарт выполнили принципиально важные работы, показавшие, что у бобовых растений фиксация молекулярного азота связана с наличием на их корнях клубеньков. В первой четверти XX в. основательные методические работы по почвенной микробиологии были сделаны Ф. Денисом, написавшим труд «Основы сельскохозяйственной бактериологии». Много внимания Лёнис уделял также изучению цикла азота. Позднее профессор Г. Мюмер опубликовал книгу «Bodenbiologie» (1965) — одно из лучших руководств по почвенной микробиологии.

Марти нус Виллем Бсйсринк (1851 — 1931)

Рис. 8. Марти нус Виллем Бсйсринк (1851 — 1931)

Много интересных работ выполнено в Скандинавских странах.

Результаты исследований по биохимии процесса азотфиксации, проведенные в 40-х гг. XX столетия финским ученым А. Виртаненом, были отмечены Нобелевской премией. В этот период в Швеции Е. Мели опубликовал ценные труды о симбиотических грибах.

Среди работ сельскохозяйственного профиля в США особенно следует отметить исследования С. Виксмана по почвенной микробиологии. В 1927 г. вышел в свет его фундаментальный труд «Принципы почвенной микробиологии». С. Ваксман — автор широко применяемого антибиотика стрептомицина, за открытие которого ему была присуждена Нобелевская премия. В США опубликована серия книг по общей микробиологии, и в частности наиболее полный определитель бактерий.

В Польше еше в конце XIX в. А. Пражмовский исследовал симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями. В Венгрии перед Второй мировой войной Д. Фехер изучал микроорганизмы многих почв, в том числе тропических. Этот ученый создал школу почвенных микробиологов. До начала Второй мировой войны вопросами почвенной микробиологии занимался известный чешский ученый И. Стоклаза. Его работы были посвящены исследованиям фиксации молекулярного азота, превращения в почве азота, серы и других элементов, выделения почвой диоксида углерода («дыхание почвы»).

Русская школа микробиологов признана во всем мире. В предреволюционный период в России была заложена база для классификационно-систематических работ. Это направление исследований связано с именами выдающихся ученых — Л. С. Цен- ковского, А. П. Артари (1862—1919), Г. А. Надсона (1867—1940) и др.

В это же время определилось и второе научное направление — эколого-физиологическое. Среди его приверженцев выделяется С. Н. Виноградский (1856—1953), открывший хемосинтез у микроорганизмов. Он же установил усвоение молекулярного азота сво- бодноживушими бактериями и провел оригинальные исследования по экологии почвенных микроорганизмов.

Другой крупнейший микробиолог — В. Л. Омелянский (1867— 1928), ученик С. Н. Виноградского, изучал вопросы нитрификации, азотфиксации, распада целлюлозы, а также экологию микроорганизмов почвы. В. Л. Омелянский написал учебник «Основы микробиологии» (1909), переиздававшийся несколько раз. В 1923 г. он опубликовал первое практическое руководство по микробиологии.

Общеизвестно имя Д. И. Ивановского (1864—1920), открывшего фильтрующийся вирус и ставшего основоположником вирусологии. Много внимания ученый уделял и вопросам почвенной микробиологии: фиксации атмосферного азота, распаду белков, целлюлозы и т. д.

Усвоению бактериями молекулярного азота в почве и распространению бактерий в море были посвящены работы Б. Л. Исаченко (1871-1948).

Третье направление развития микробиологии может быть названо биохимическим. В. И. Палладии (1859— 1922) и С. Я. Кос- тычев (1877—1931) выполнили классические исследования, изучая процессы дыхания и брожения. Большой вклад в выяснение трансформации микроорганизмами соединений, содержащих углерод, внес В. С. Буткевич (1872—1942), который получил также интересные результаты в области экологической (морской) микробиологии.

В 90-х гг. XIX столетия были организованы небольшие учреждения, разрабатывавшие вопросы сельскохозяйственной микробиологии. В Петербурге открылась Сельскохозяйственная микробиологическая лаборатория Департамента земледелия, директором ее был М. Г. Тар- таковский. В Москве при Обществе акклиматизации животных и растений на частные пожертвования была создана Бактериолого-агрономическая станция, которую возглавил С. А. Северин.

Во многих городах, например в Москве, Харькове, Одессе, открылись медицинские микробиологические институты. В некоторых из них вели исследования по общей и сельскохозяйственной микробиологии. Так, в Институте экспериментальной медицины в Санкт- Петербурге были выполнены уже отмечавшиеся выше классические работы С. Н. Виноградского и В. Л. Омелянского.

Исследования по обшей и сельскохозяйственной микробиологии были начаты и в ряде высших учебных заведений, где читали лекции по микробиологии. В 1894 г. курс микробиологии был введен в Петровской сельскохозяйственной академии (ныне Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева). Его читал Н. Н. Худяков, автор первого учебника по сельскохозяйственной микробиологии, опубликованного в 1926 г.

В первом десятилетии XX в. микробиология становится обязательным предметом для изучения в большинстве высших учебных заведений. В Петербургском университете преподавание курса обшей микробиологии было начато Б. Л. Исаченко в 1906 г., в Московском университете — А. П. Артари в 1907 г.

Интерес к почвенной микробиологии привлекли выступления выдающихся почвоведов — В В Докучаева. П. Л. Костычева и др. Причем В. В. Докучаев считал, что курс микробиологии должен быть введен незамедлительно во всех университетах страны.

В 20—30 гг. XX в. сеть биологических и сельскохозяйственных научно-исследовательских учреждений и высших учебных заведений в России значительно расширилась. В большинстве из них шли исследования в области микробиологии. Многие вузы уже имели кафедры микробиологии.

На современном этапе развития науки, техники и сельского хозяйства невозможно представить себе отрасль, где микробиологические процессы не имели бы значения. На свойствах и жизнедеятельности микроорганизмов основаны технологические процессы в различных отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства. Микроорганизмы активно участвуют в круговороте веществ в природе. Возможно, именно они помогут решить проблемы питания, охраны окружающей среды.

Знания в области микробиологии способствуют формированию современного биологического мировоззрения у специалистов сельского хозяйства, что имеет большое значение для их успешной работы.

Возникает необходимость глубокого анализа характера микробиологических процессов, идущих в почвах, занятых сельскохозяйственными культурами; знания основных функций, присущих микроорганизмам; умения ориентироваться и оценивать возможные последствия воздействия тех или иных агротехнических приемов в целом на характер микрофлоры и деятельность микроорганизмов. В дальнейшем это позволит выбрать наиболее перспективные из них, успешно управлять процессами повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Современная агрономия представляет собой синтез новейших достижений биологической и сельскохозяйственной науки и практики. Без понимания сущности микробиологических процессов почвы, умения анализировать роль микроорганизмов, ответственных за их течение, немыслима успешная деятельность будущих агрономов, а также совершенствование современных технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

В результате освоения курса обшей и сельскохозяйственной микробиологии агроном может направленно регулировать численность микроорганизмов и активность микробиологических процессов в почве, правильно и широко применять микробные препараты и продукты микробного синтеза, совершенствовать способы обработки почвы, внесения удобрений, мелиорации, оптимально чередовать сельскохозяйственные культуры, применять другие приемы технологии сельскохозяйственного производства.

  • [1] I мкм (микрометр) = 10 3 мм = 10 6 м.
  • [2] 1 нм (нанометр) = 10-3мкм = 10“6 мм = 10 9 м.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >