ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фиксация азота из "Физика и химия жизни" Азот — это вечный источник танталовых мук для человечества, вечные терзания голода посреди роскошного изобилия. Всем живым существам на нашей планете — и животным и растениям — совершенно необходим азот. Земная атмосфера содержит его намного больше, чем нужно для удовлетворения потребностей живых существ. В воздухе над каждым квадратным километром земной поверхности содержится около 8 миллионов тонн азота. Однако включить свободный азот в пищевые продукты так трудно, что лишь ценой огромного труда человеку удается сохранить относительно небольшую часть того, что природа улавливает и фиксирует в почве. [c.55] И все же хорошо, что азот химически устойчив. Если бы он легче соединялся с другими элементами (а термодинамические расчеты показывают, что он потенциально более активен, чем на самом деле), то он легко мог бы соединиться с водой и образовать азотную кислоту. Следует, однако, надеяться, что природа не изобретет катализатора для этой реакции. Ведь если бы это случилось, то океаны превратились бы в разведенную азотную кислоту, а это было бы не меньшей катастрофой, чем атомная война. [c.55] Эта постоянная утечка азота обратно в атмосферу является одной из наиважнейших проблем, стоящих перед живыми организмами Земли. Человек пытается компенсировать ее путем искусственного улавливания азота, но его методы связывания азота с другими веществами дороги, и ему удается получать только самые простые соединения этого элемента соли аммония, нитраты, мочевину и цианамид. В восполнении наших потерь и в связывании азота в виде таких соединений, которые нужны растениям и животным, мы почти полностью зависим от азотфиксирующих организмов. [c.56] Круговорот азота в природе важен для нас так же, как и круговорот углерода в процессе фотосинтеза, с помощью которого растения улавливают углекислоту из воздуха и переводят углерод в органические соединения. Фиксаторы азота и фотосинтезирующие организмы в одном великом содружестве поддерживают живое хозяйство нашей планеты. [c.56] Что представляют собой эти природные союзники человека в борьбе за азот атмосферы и каким образом они выполняют свою функцию Ясно, что этот вопрос имеет большое значение для человечества. К сожалению, мы знаем о фиксации азота гораздо меньше, чем о фотосинтезе, который тоже раскрыл еще далеко не все свои тайны. Однако за последние годы мы узнали об азотфиксирующих организмах больше, чем за всю историю изучения этого вопроса. [c.56] Но вот в 1949 г. и в ближайшие годы было обнаружено неожиданно большое число других организмов, также способных фиксировать азот. Это началось со случайного открытия, сделанного Говардом Гестом и автором данной статьи во время работы над темой, казалось бы не имеющей никакого отношения к связыванию азота. [c.57] Осенью Гест и я энергично взялись за разрешение этой загадки в нашей лаборатории при Вашингтонском университете в Сент-Луисе. То, что было начато как обычное исследование обмена фосфатов, неожиданно обернулось совсем другой стороной. Мы бросили наши первые опыты для того, чтобы изучать новое явление. [c.58] Мы узнали, что образование водорода можно поддерживать не только глутаминовой кислотой, но и другими аминокислотами, а также многими углеродными соединениями. В качестве испытуемого вещества при дальнейших исследованиях была выбрана яблочная кислота. Мы решили попытаться измерить образование водорода и углерода бактериями и для этих целей применили манометр. Манометрический сосуд был наполнен, как обычно, инертным газом — азотом. Теперь мы испытали второй удар Бактерии, которые образовывали большие количества водорода в обычных культурах в колбах, переставали выделять его при перенесении в манометрический сосуд. Вначале мы предположили, что это зависит от наличия в азоте каких-то примесей, возможно следов кислорода или окиси углерода. Но после нескольких недель бесплодных поисков, потратив массу труда на очищение азота, мы пришли к выводу, что дело тут вовсе не в газообразных примесях. [c.59] Тогда мы решили заменить азот в манометрических сосудах другим инертным газом, гелием или аргоном. Теперь R. rubrum снова начала выделять водород Однако при добавлении к аргону или гелию небольшого количества азота выделение водорода быстро прекращалось. Молекулярный азот действовал на образование водорода точно так же, как соли аммония. [c.59] Вероятно, многие азотфиксирующие организмы нам еще не известны. Число уже обнаруженных говорит о том, что наше представление о круговороте азота в природе должно коренным образом измениться. Живущие на корнях растений Rhizobia и другие почвенные организмы, которые мы давно знаем, играют, несомненно, главную роль в осуществлении этого круговорота, однако сейчас стало ясно, что и океаны могут быть огромными резервуарами связывания азота. Быть может, морские организмы, в том числе и сине-зеленые водоросли, связывают даже больше азота, 4eiM почвенные организмы. Усиленная фиксация азота, может быть, происходит также в тропических джунглях, болотах и озерах. Давно известно, например, что рисовые поля долгое время остаются плодородными, не требуя удобрений. Индийский исследователь П. Де в 1938 г. показал, что некоторые сине-зеленые водоросли, живущие в почве рисовых полей Индии, весьма активно связывают азот, и пришел к выводу, что они являются, по-видимому, главной причиной сохранения плодородия почвы. [c.62] Это указание на значение сине-зеленых водорослей было в дальнейшем подтверждено работами по вопросам физиологии их питания. Способные одновременно и к фотосинтезу и к связыванию азота, эти водоросли могут расти в таких условиях, в каких невозможны никакие другие формы жизни, что было неоднократно продемонстрировано. Нередко они первыми заселяют места, полностью лишенные жизни, — голые скалы и т. п. Спустя несколько лет после извержения вулкана Кракатау (1883 г.) на пемзе и вулканической пыли можно было обнаружить темно-зеленый студнеобразный налет этих водорослей. Считают также, что сине-зеленые водоросли играют важную роль в накоплении органического вещества в пресноводных водоемах. Это очень неприятное явление, так как в результате интенсивного размножения водорослей искусственные озера и пруды нередко начинают цвести . [c.62] Связывание азота может происходить и в тех местах, где обитают сульфатвосстанавливающие организмы. Это не означает, что любой бетонный столб или железная труба, воткнутые в землю, станут сразу источником удобрения полей. Однако человек, изучив возможности микроорганизмов в области фиксации азота, может научиться извлекать выгоду из этих своих знаний. [c.63] Обнаружение способности к фиксации азота у неожиданно большого числа организмов открывает весьма широкие перспективы. Можно предположить, что когда-нибудь мы научимся использовать особенности этих организмов, как мы это уже делаем с Rhizobia, и воздействовать на естественный круговорот азота так, чтобы направлять его на повышение плодородия нашей планеты. [c.63] Вернуться к основной статье