Текст книги "От звезды до росинки. 120 удивительных явлений природы"

108 «Метеориты»

ГДЕ И КОГДА: летом после проливных дождей на обочине дороги или на газоне

1. Порой мы находим на обочине дорожек, посыпанных галькой или щебнем, а также неподалеку от болот после сильных дождей невзрачную массу толщиной не больше детского пальца; консистенция этой скользкой массы варьирует от желеобразной до резинообразной, на первый взгляд она напоминает зеленую мокроту, поэтому выглядит не слишком заманчиво. Когда выглядывает солнце, эта масса быстро высыхает и превращается в черноватый налет.

2. Это колонии бактерий – цианобактерий под названием носток. (Раньше этих существ считали водорослями, отсюда название «сине-зеленые водоросли», которое время от времени используется и сейчас. От водорослей и других растений их можно отличить по цвету: если склизкая масса слишком зеленая, то это точно не цианобактерии. В лучшем случае они бывают зеленоватого цвета.) Другие виды бактерий этого семейства встречаются летом в прудах, они болтаются в воде, склизкие на ощупь, коричневатые и малоаппетитные на вид. Как уже было сказано, цианобактерии – особые существа: ведь лишь благодаря тому, что за миллиарды лет они создали кислородную атмосферу Земли, стала возможна высшая жизнь.

3. Носток известен с незапамятных времен, своей склизкостью он давно привлекал внимание людей. Раньше считалось, что это вовсе не земной организм, а что-то вроде соплей из космоса. Люди думали, что звезды – живые существа, которые тоже время от времени простужаются. Когда они чихают, на небе видны метеоры, а на Земле кое-где – зеленоватое вещество. Так, Парацельс пишет в «Книге о небесах» на прекрасном древненемецком: «И вот замечаешь, как звезды чистятся». В конце концов, они ведь тоже чем-то питаются, – учит философ, – значит, выделяют экскременты. Именно их, – продолжает Парацельс, – мы и видим на ночном небе, когда по нему проносятся метеоры («молнии»): «Тогда они становится видны / и падают на землю / и лежат там, / похожие на студень».

4. Алхимики называли это зеленоватое вещество Materia astralis или Sperma astrale, поскольку считали, что оно вполне может оказаться звездной спермой. Так что звезды, по убеждению мыслителей эпохи барокко, не только сморкаются… Звездочки – живчики еще те! Как бы то ни было, мудрые ученые глубоко почитали носток, клали его в стакан, ставили на солнце и замечали, что он разжижался, краснел и в конце концов желтел. Помимо этого, образовывался мелкий осадок. В нем распознали камень мудрецов – золото. Остались свидетельства семей алхимиков, которые столетиями хранили стакан с ностоком. Он передавался в семье по наследству – от отца к сыну, от сына к внуку, от внука к правнуку. Все происходящие изменения педантично заносились в старую книгу, запас жидкости и органической материи постоянно пополнялся.

Рис. 56. Алхимик за работой

5. Я тоже попытался приготовить такой алхимический настой, но, должен признаться, больших изменений пока что не заметил; наверное, надо подождать еще несколько лет. Тем не менее во время этих опытов я обнаружил, что носток – очень приятный сосед. Если поместить его в мисочку с небольшим количеством воды и поставить на окно, он будет благодарен и не торопясь начнет разрастаться. Познакомившись с ностоком поближе, полностью забываешь, что когда-то считал его отвратительным; чем дольше наблюдаешь за этим доисторическим существом, тем более красивым оно тебе кажется. Что-то в этом есть – прикоснуться к прямому потомку цианобактерий, которые размножались клеточным делением и в незапамятные времена создали нашу кислородную атмосферу.

109 Селитра

ГДЕ: в старых коровниках, в пахнущей плесенью каменной кладке

1. В одном алхимическом трактате Василия Валентина приводятся наставления для адепта: взять «холодного дракона, / который долгое время обитал в скалах / и шлифовался в земных трущобах» и посадить на «святейший престол». Имеется в виду селитра – соль, которую алхимики использовали, в том числе для приготовления «царской водки» – смеси азотной и соляной кислот, которая растворяет даже золото («царя металлов»). Но намного чаще она использовалась для изготовления черного пороха. Почему же в трактате эта соль названа холодным драконом? Потому что она, во-первых, образуется на холодных тенистых стенах, а во-вторых, хотя эту соль и находят в холодных местах, она способна разжечь большой огонь. В конце концов, из этой соли добывают азотную кислоту – едкую дымящую жидкость, которая растворяет или поглощает даже медь.

2. В современных подвальных помещениях и на новых стенах селитру искать бесполезно. Я и сам лишь один-единственный раз обнаружил в наших краях настоящую стенную селитру; это было в районе Веттерау в Гессене, в глухой провинции, в местечке под названием Гельнхаузен. Там на вокзале был древний, не ведавший ремонта туннель с кафельными стенами ярко-желтого цвета. Очевидно, желтый кафель вызывает у проходящих мимо мужчин непреодолимое желание опорожниться – настолько неотложное, что нужно облегчиться прямо на месте. Как бы там ни было, между желтой кафельной стеной и грязным бесшовным полом расцвели толстые белые слои стенной селитры.

3. Такая стенная селитра, ставшая редкостью в нашем хорошо изолированном, светлом и сухом квартирном мире, – тоже творение бактерий, относящихся к родам нитробактер и нитросомонас. Селитра является конечным продуктом многоступенчатого синтеза. Начинается он, как правило, с мочи, в которой содержится карбамид. Бактерии превращают его в аммиак – то самое вещество, запах которого бьет в нос, когда заходишь в грязную уборную. Из аммиака другие бактерии при помощи атмосферного кислорода образуют азотную кислоту, которая при взаимодействии с известью превращается в нитрат кальция.

4. Селитра – в виде нитрата кальция – вплоть до недавнего времени была важнейшим стратегическим ресурсом, поскольку из нее получали сначала нитрат калия, а затем превращали его в черный порох. Поэтому существовала профессия селитровара. Он продавал товар напрямую сюзерену и только ему. Сюзерен снабжал его грамотой, позволявшей селитровару поставить свою тачку у любого крестьянина, достать инструмент и без дальнейших церемоний соскрести селитру со стен дома или перерыть землю в стойле и других местах, где сочтет нужным, забрать ее с собой и прокипятить. Потом это варево очищалось и выпаривалось. Селитра была настолько важна, что, например, Пруссия, которая в XVIII в. постоянно вела войны, распорядилась, чтобы ее Селитровый устав раз в три месяца зачитывался в церквях с кафедры! Кроме того, разбивали так называемые селитровые сады – крытые холмы или имитацию стен, сооруженных из смеси навоза, помета и извести. Через год брожения, как правило, в результате деятельности бактерий из мочевины и извести образовывался нитрат кальция, который можно было отделить, поместив в воду, а затем при помощи древесной золы превратить в нитрат калия.

5. В результате деятельности азотобактерий в земле тоже образуется селитра. Но просто так ее там не увидишь: выявить присутствие селитры, а следовательно, и соответствующих бактерий можно только по косвенным признакам, а именно по особым растениям, которые есть только там, где в почве достаточно селитры (или «нитрата», как говорят почвоведы). Это в основном толстые, быстрорастущие растения, которые явно чувствуют себя хорошо, как, например, крапива или одуванчик. Они часто встречаются на обочинах полевых дорог, удобренных собачьей мочой, которая потом превращается в почве в селитру и способствует росту растений. В старину селитровары не только соскребали селитру со стен, но и забирали придорожную землю, увозили ее и вываривали. Неудивительно, что селитра не пользовалась особой любовью населения.

6. Наша селитра добывается уже не биотехнологическим способом, а в промышленных масштабах – из воздуха и природного газа. Для этого используются катализаторы, кроме того, необходимы высокое давление и большое количество энергии. Сначала по методу Габера – Боша из атмосферного азота и водорода (его получают из природного газа) образуется аммиак, затем полученный аммиак при взаимодействии с воздухом превращается в азотную кислоту. Таким образом можно получить любые соли азотной кислоты, какие захочешь, например нитрат калия или кальция. Без сомнения, этот метод имел огромное военное значение; во время Первой мировой войны он был доведен до стадии промышленного производства, чтобы обеспечить пополнение пороховых резервов Германии. Возможно, это один из важнейших промышленных методов – ведь аммиак используется также для производства удобрений.

110 Нитробактерии для любителей

ГДЕ: в зоомагазине

1. Многие пресноводные рыбы в процессе обмена веществ выделяют через жабры не мочевину, а аммиак – а аммиак для рыб довольно ядовит. Поэтому при обустройстве нового аквариума очень важно эффективно удалить из него аммиак, превратив его в безвредный для рыб нитрат. Именно эту задачу берут на себя нитробактерии; если дать им время и не запускать в аквариум сразу слишком много рыбок, нитробактерии заведутся там сами. Можно переложить несколько камней из уже обжитого аквариума в новый. Вместе с камнями переносятся и бактерии.

2. В зоомагазинах эти бактерии продаются под различными названиями (например, бактер или бактинетта). Убедись, что в продукте содержатся действительно живые микроорганизмы, а не просто ферменты! Оказавшись в аквариуме, бактерии превращают аммиак сначала в нитрит. Потом за дело берутся другие бактерии и преобразуют нитрит в нитрат, который в нормальной концентрации безвреден для рыбок и, будучи удобрением, способствует ускоренному росту водорослей. Концентрацию аммиака и нитрата можно измерить тестовыми палочками, которые тоже продаются в зоомагазинах.

111 Метановые бактерии

ГДЕ: в стоячих прудах или болотах; дома

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: большие ведра, вода, зажигалка, свеча

1. Когда ворошишь дно черных болотных вод палкой или ходишь по дну босиком, почти всегда вверх поднимаются крупные пузырьки газа. Богаче всего добыча будет там, где вода особенно черная; желательно, чтобы пузырьки газа всплывали на поверхность воды сами по себе, без воздействия внешних раздражителей.

2. Пузырьки газа в болотах или болотистых прибрежных зонах – это, как правило, метан. Иной раз удается поджечь его, подержав горящую свечу (зажигалки или спички для этой цели не подойдут) вблизи поднимающихся пузырей. Кому-то может прийти в голову мысль поймать эти пузыри воронкой, но лучше ограничимся безобидными экспериментами.

3. Самое эффектное остроконечное метановое пламя получилось у меня совершенно случайно. Мы забыли в саду десятилитровую цветочную кадку с землей, и она все лето простояла под водой, так что сверху уже образовался слой водорослей. Когда я приподнял кадку и снова поставил ее на землю, то высвободились бессчетные пузырьки метана, скопившиеся в глубине, но не вырвались сразу наружу, а образовали в илистом слое водорослей нечто вроде пены. Я поджег эту пену огоньком свечи и получил внушительное остроконечное пламя! Потом я взял ведро, наполнил его до половины землей, налил в него воды – так, чтобы земля полностью оказалась под водой, и поставил на несколько недель в подвал бродить, чтобы проверить, можно ли добиться этим способом таких же результатов. Оказалось, что можно! Эффектный эксперимент, но во время него следует соблюдать осторожность при обращении с огнем!

4. Метан образуется в бедных кислородом придонных зонах озер; различные микроорганизмы часто синтезируют его прямо из водорода (в основном его выделяет определенный вид бактерий) и углекислого газа. Эти микроорганизмы настолько древние, что теперь биологи относят их не к бактериям, а к так называемым археям – группе организмов, которая, предположительно, довольно близка к общему предку всего живого на Земле.

5. Метаногены часто живут в экстремальных условиях; главное для них – держаться как можно дальше от кислорода. В остальном же они довольно неприхотливы. Например, они занимаются своими делами даже в самых глубинах океана или в горячих источниках. В то же время они действуют и на почти обледенелых почвах. Конечно, они также обосновались в желудках коров и других животных, во всех очистных сооружениях и биогазовых установках. Они выполняют свою работу даже в желудках 30–50 % людей. Эти люди пользуются своеобразной привилегией: их кишечные выхлопы воспламеняемы.

6. Метан, кстати, – основной компонент природного газа, довольно сильный парниковый газ, в 23 раза сильнее углекислого газа. Он окисляется в воздухе до углекислого газа, но на это уходит несколько лет. Как бы то ни было, метан, выделяемый примерно 14 миллионами немецких коров, составляет 2 % вклада Германии в антропогенный парниковый эффект.

112 Запахи бактерий

ГДЕ: на кухне

1. Внешне бактерии совсем неприметны, обычно об их присутствии свидетельствует разве что слой слизи. Звуков они вообще не издают – зато испускают бесконечное многообразие запахов. Без них аромат мира был бы беден и слаб. Именно благодаря им море пахнет морем, а сено – сеном. Без них пот не был бы потом, лев не пах бы львом, а мокрый пес – мокрым псом, да и характерного запаха земли после летнего дождя тоже бы не было.

2. Многие экстремальные национальные блюда – продукты жизнедеятельности бактерий. К европейским блюдам, которые являются почти исключительно творением бактерий (в большинстве процессов ферментации и созревания участвуют бактерии, дрожжи, плесневые грибы и ферменты), относятся квашеная капуста и сюрстрёмминг – та самая забродившая рыба, которую шведы употребляют в рассоле. Гнильца не только усиливает аромат (гниющая рыба сильнее пахнет рыбой, чем свежая; только ферментированные зерна какао, которые перебродили на жарком солнце под кучей гниющих плодов какао, имеют шоколадный вкус), благодаря ей многие блюда легче усваиваются, кроме того, гнильца парадоксальным образом предохраняет их от полного разложения. Эта древняя технология консервирования, которая заключается в том, что продуктам специально дают подгнить в соответствии с определенным рецептом, распространена во всем мире и очень эффективна.

3. Подпорченные блюда подают на стол во всем мире, причем преимущественно в высших кругах общества. Не является ли это продолжением древней человеческой традиции питаться падалью? А сильный запах, который издают гнилостные бактерии, – что это, лишь случайный побочный продукт их обмена веществ, или же они специально приманивают таким образом потенциальных едоков, чтобы, например, с удобством поселиться в их желудках и кишках? И как обстоит дело с запахом изо рта, который тоже вызывают бактерии? Что это такое – лишь неприятное явление или, может быть, пережиток существовавшего некогда симбиоза? Как бы то ни было, некоторые хищники с успехом пользуются своей вонючей ротовой флорой: благодаря ей их укус становится еще опаснее.

4. Сплошные вопросы. Откроем холодильник – ответа мы в нем, правда, не обнаружим, зато там стоит клубничный йогурт. Его аромат тоже связан с бактериями.

5. Все дело в так называемых клубничных бактериях (Pseudomonas fragi и других), которые испускают клубничный аромат. Впервые они были обнаружены в кусочке прогорклого масла, которое, как ни странно, не воняло, а имело ярко выраженный клубничный запах. Позднее выяснилось, что эти бактерии появляются не только в прогорклом масле или прокисшем молоке, но и в древесине. Теперь ароматическая индустрия использует для разведения этих бактерий опилки – особенно ценятся опилки тропических деревьев. Издаваемый ими клубничный аромат окружает нас повсюду: он содержится во всех привычных нам клубничных йогуртах, в большинстве сортов клубничного мороженого и клубничных сладостях. С тонкой иронией, свойственной пищевой промышленности, этот аромат преподносится не как искусственный, а как натуральный: ведь его источником является пусть и не клубника, но все же природные организмы. Аромат персиков и ананасов тоже, как правило, создают бактерии.

113 Как вырастить бактерии

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: сахар, ватные палочки, баночка из-под варенья с широким горлышком или чистая баночка из-под детского питания, порошок агар-агар (это желирующее вещество, которое добывается из водорослей. Вегетарианцы используют его для изготовления желе вместо желатина, который, как известно, имеет животное происхождение. Агар-агар продается во многих крупных супермаркетах и азиатских продуктовых магазинах)

1. Бактерии можно, так сказать, сажать, ухаживать за ними и увеличивать их количество. Если их хорошо кормить и обеспечивать всем необходимым, они растут так быстро, что их колонию даже можно разглядеть. Однако бактерии существенно отличаются от обычных растений, поэтому и садоводство здесь другое. Если поймешь, как устроены растения, ухаживать за ними будет сравнительно просто. Ведь всем растениям, в общем-то, нужно одно и то же: вода, углекислый газ, немного земли, тепло и свет. Различие между растениями заключается лишь в том, какое количество этих веществ им необходимо. А жизнь бактерий намного разнообразнее! Некоторые бактерии живут только в темноте, другим нужен свет. Одним нужна экстремальная жара, другие хорошо себя чувствуют только в ледяной воде. И пищевые привычки у них совершенно экзотические. Одни питаются бумагой, другие – сахаром, третьим требуется сероводород или метан! В микробиологических отделениях больниц у пациентов, направленных на бактериологический анализ, берут мазок, кровь или мочу, а в качестве приманки для бактерий используют овечью кровь. Ведь бактерии, которые требуется идентифицировать, без сомнения, любят кровь, иначе они не размножались бы в человеческой крови. Когда привлекается достаточное количество бактерий, их легко идентифицировать. Кроме того, такие анализы позволяют выяснить, к каким антибиотикам чувствительны данные бактерии, а к каким они уже выработали иммунитет.

2. Существуют различные методы выращивания бактерий. Важнейший из них был представлен в XIX в. бактериологом Робертом Кохом. В основе этого метода лежит наблюдение, что на некоторых продуктах питания, которые нынче вышли из моды, а именно на холодце, легко образуются тонкие пятна – колонии бактерий. Кох успешно использовал носитель – желатин – для разведения бактерий. Однако некоторые бактерии разъедают желатин, кроме того, он разжижается при 37 градусах Цельсия, а это плохо, поскольку многие патогенные для человека микробы процветают именно при этой температуре – температуре человеческого тела. Потом у Коха появился ассистент по имени Вальтер Гессе, жена которого Фанни Ангелина случайно получила от матери рецепт агарового овощного студня и фруктового желе. Как-то жарким летом желатиновые культуры Вальтера Гессе расплавились, и он спросил жену, почему ее повидло сохранило форму, несмотря на высокие температуры. Фанни Ангелина Гессе поведала мужу свою кухонную тайну и предложила ему использовать как-нибудь агар-агар в качестве питательной среды. Он прекрасно для этого подошел. Вальтер Гессе незамедлительно сообщил об этом открытии Роберту Коху, который после этого успешно внедрил агар-агар в свою практику. В своей известной публикации об открытии возбудителя туберкулеза в 1882 г. Кох мимоходом упоминает, что для исследований он использовал в качестве питательной среды агар-агар. Кто дал ему этот совет, Кох не сказал. Поэтому разработка технологии агар-агара, которая значительно способствовала прогрессу бактериологии, по сей день приписывается исключительно ему.

3. Итак, основная процедура заключается в следующем: нужно развести в воде немного агар-агара и корма для бактерий (например, сахара или мясного бульона), налить этот раствор в стерильную емкость и ввести бактериальную вакцину. Потом сосуд надо закрыть и поставить в теплое место, где вырастут колонии.

4. Вначале необходимо дезинфицировать банки – иначе не определишь, что мы занесли в питательную среду снаружи, а что было в самой банке. Для этого опусти банки на несколько минут в кастрюлю с кипящей водой. Кухонным полотенцем их потом вытирать не надо, пусть вода сама стечет. Полностью стерильными они не станут, но для наших целей хватит и этого.

5. Теперь налей в маленькую кастрюльку стакан воды из-под крана и раствори в ней одну чайную ложку сахара. Добавь две чайных ложки агар-агара, медленно доведи содержимое кастрюли до кипения и оставь на несколько минут вариться на слабом огне. Перелей образовавшуюся массу в приготовленные банки. До краев их наполнять не надо; достаточно, чтобы дно было прикрыто на 1–2 см. Закрути банки и оставь их остужаться.

6. Теперь осталось только привить массе бактерии. Для этого возьми ватную палочку и собери ею несколько бактерий. Они повсюду. Окуни палочку, например, в лужу или проведи ею по коже под мышкой или по листу. Если поверхность сухая, смочи ватную палочку кипяченой водой. Потом осторожно распредели бактерии ватной палочкой по агар-агару. Постарайся не повредить при этом поверхность. После этого закрути крышку и подожди. Можешь не закручивать крышку плотно – это будет способствовать развитию тех бактерий, которым нужно больше кислорода.

7. Теперь выбери условия, в которых созревают бактерии. В тепле? При комнатной температуре? На свету? В темноте? В зависимости от этого будут хорошо развиваться те или иные виды.

8. Пройдет несколько дней, пока отдельные споры и бактерии не превратятся в целые колонии. Они проявляются на геле в виде блестящих разноцветных пятен. Иногда такие пятна могут оказаться дрожжами – другой разновидностью микроорганизмов. Кроме того, образуются плесневые грибки (будем надеяться, что не на образцах из подмышечной впадины) – их ты узнаешь в основном по нечетко очерченным, «лохматым» пятнам.

9. Если присмотришься внимательнее, то обнаружишь, что между некоторыми колониями, например между колониями плесени и бактерий, наметились четкие пограничные линии: это явление антибиоза – борьбы между колониями. Порой они воюют как враждующие города, которые подбрасывают друг другу яд, чтобы ослабить противника или убить и отвоевать пространство.

10. Жидкую питательную среду для бактерий можно разнообразить. Возьми, например, вместо сахара пучок травы, взболтай им воду, а потом слей; можешь взять немного земли или компоста, а то и конского навоза и размешать в воде. Затем профильтруй навозную жижу через кофейный фильтр и дай ей застыть с агар-агаром, как описано выше. Фантазия не знает границ! Важно не переусердствовать с питательными веществами. Будет даже полезно полностью отказаться от использования питательных веществ и понаблюдать, что произойдет. Специально отобранные рецепты будут способствовать росту других видов бактерий, нежели обильные закуски, которые, прежде всего, по вкусу всеядным бактериям и бактериям-оппортунистам.

11. Можно ли использовать другие желирующие средства? Хороший вопрос. Желатин тоже подойдет, но некоторые бактерии или грибы его разъедают. Как уже было сказано, это была первая питательная среда, с которой экспериментировал Роберт Кох. Опыт с картофелем тоже прошел успешно – как с сырым, так и с вареным (картофелины разрезают и прививают поверхность среза). А вот для застывания пектина требуется очень много сахара, что препятствует росту бактерий.

12. При нормальных условиях опасаться того, что предлагаемые здесь эксперименты могут привести к возникновению опасных бактерий, не стоит. Тем не менее обращаться с культурами надо осторожно и хранить их всегда хорошо закрытыми. По завершении эксперимента выброси их в контейнер для мусора.