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

114 Серные бактерии в банке из-под варенья

ГДЕ: на берегу тихого тенистого пруда для разведения карпов, на морском мелководье; дома

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: высокая банка из-под варенья или майонеза или высокая пластиковая бутылка для напитков с широким горлышком, немного сульфата магния (горькая соль из аптеки), черный картон или алюминиевая фольга, чтобы обернуть банку, клейкая лента

1. Когда бродишь по прибрежному мелководью Северного моря, очень часто замечаешь, что прямо под верхним слоем ила находится иссиня-черное месиво с запахом гнили. Похожая черная масса встречается и в многочисленных тихих болотцах, особенно если на них падает тень от ив. Этот черноватый слой представляет собой удивительный биотоп.

2. Здесь живут различные слои серных бактерий. Одни уменьшают содержание сульфатов в воде и вырабатывают сероводород, другие выживают именно благодаря этому сероводороду, наоборот, окисляя его. Это многоэтажное жилое и рабочее сообщество серных бактерий легко поддается разведению и в домашних условиях.

3. Зачерпни совком, половником или просто рукой немного черноватого ила. Положи его в чистую высокую банку из-под варенья или майонеза, добавь туда пригоршню подгнившей листвы и чайную ложку горькой соли (сульфат магния в качестве источника серы; для этой цели можно использовать также желток яйца, сваренного вкрутую, или дохлую улитку, но с сульфатом магния дело иметь приятнее). Затем закрой банку, оберни ее на две трети черным картоном или алюминиевой фольгой и поставь у окна, чтобы на нее попадал свет, но не слишком много. Лучше всего, чтобы окно выходило на северную сторону.

4. Через несколько дней или недель в банке должен появиться хорошо заметный молочно-белый туман: это серные бактерии, принадлежащие к роду Beggiatoa, в телах которых образуются крошечные шарики серы, поэтому они хорошо видны (рис. 57). Кстати, большие скопления этих бактерий встречаются в серных источниках. Они селятся на границе света и тени.

5. Над молочным туманом нередко образуется еще один слой бледно-пурпурных серных бактерий (род Chromatium), а над этим слоем – слой зеленоватых цианобактерий. Пурпурные бактерии часто селятся в иле.

Рис. 57. Разведение серных бактерий

6. Бактериальную культуру можно держать в сосуде месяцами, нужно только время от времени добавлять немного воды из-под крана и иногда поворачивать банку, чтобы каждая сторона получала немного света. Постоянно замечаешь что-то новое: краски меняются, появляются другие. Можно долго этому радоваться.

7. Этот способ разведения бактерий применим и к другим их сортам, придуман он был русским химиком и ботаником Сергеем Виноградским. В его честь метод был назван средой Виноградского. В отличие от метода агарагара, предполагающего изоляцию бактерий, метод Виноградского подходит для изучения бактерий в рамках экологического сообщества.

115 Прекрасный труп: светящиеся бактерии

ГДЕ: в темном прохладном подвале

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: свежая селедка (необработанная рыба – не копченая, не маринованная) или свежая скумбрия, поваренная соль, старая миска, в которую рыба поместится целиком и которую потом можно выбросить

1. Раствори в одном литре воды примерно 30 г поваренной соли (лучше меньше, чем больше). Ты получишь трехпроцентный раствор поваренной соли, соответствующий морской воде. Теперь положи рыбу в миску и залей ее до половины рассолом. Поставь миску в прохладном подвале на пол – там, где до нее не доберется маленький ребенок или кошка.

2. Через один-два дня выступающие из воды части рыбы начнут кое-где светиться – возможно, лишь точечно. Свечение ты увидишь только в полной темноте, когда твои глаза к ней привыкнут. Это светящиеся бактерии (раньше их называли Photobacterium phosphoreum, теперь – Vibrio phosphoreum). Это зрелище отдаленно напоминает ночной вид из самолета на фрагментарно населенный остров. И в самом деле, прекрасный труп.

3. Но есть одно но: к сожалению, труп вскоре начинает вонять, поэтому, как только появится свечение, придется немедленно прервать эксперимент. Как следует упакуй рыбу в полиэтиленовый пакет и выброси в контейнер для мусора. После прикосновения к светящейся рыбе хорошенько вымой руки с мылом. Проследи, чтобы этой рыбой не лакомились домашние животные. Рыба, подвергшаяся бактериальному разложению, вредна для здоровья! Если ты собираешься и дальше использовать миску, в которой лежала рыба, тщательно вымой ее и ополосни кипящей водой.

4. Как это ни странно, некоторые светящиеся бактерии, хотя и чувствуют себя прекрасно на дохлой рыбе, крайне чувствительны к качеству воды. Если вода содержит определенные вредные вещества, свечение слабеет. Поскольку его легко измерить, эти бактерии используются в ведомствах по контролю качества воды.

116 Как мхи борются с микробами

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: порошок агар-агар, сахар, стакан воды, чистая маленькая баночка из-под варенья с широким горлышком или баночка из-под детского питания, кофейный фильтр, немного мелко нарубленного мха

1. Прямо по земле расстилаются мхи – незаметные растения, на которые мы обращаем мало внимания. Они непритязательны – довольствуются водой и пылью. Им хорошо там, где часто бывает влажно, где так и кишат споры плесневых грибков и бактерии. И все же мхи почти всегда выглядят зелеными и совершенно здоровыми. Как им это удается? Как они обороняются от бактерий и грибов? За долгую историю своего существования мхи выработали мощные антибиотики. Только поэтому они сумели выжить среди всех этих бактерий и грибов. Благодаря содержанию в них антибиотиков многие мхи являются эффективными лекарственными средствами. По всему миру мхи применяются в народной медицине в качестве компрессов для ран, лекарств против экземы, средств для борьбы с ведьмами и злыми духами и в качестве чудодейственных средств вообще. В китайской народной медицине использование мхов распространено так же, как среди североамериканских индейцев или маори в Новой Зеландии.

2. Следующий эксперимент позволит тебе составить представление об антимикробной эффективности мхов. Для этого приготовь питательный раствор агар-агара, как описано выше. Разлей его по двум баночкам.

3. Теперь снова собери несколько грибных спор и бактерий, проведя ватной палочкой, например, по кафельному полу в углу ванной или по телефонной трубке. Можешь взять немного мелкой сухой земли из сада. Осторожно и экономно распредели бактерии по двум банкам.

4. Теперь в игру вступают мхи. Сорви несколько стебельков любого зеленого мха. Эффективнее всего торфяной мох (род сфагнум); но можешь попробовать и другие виды мхов. (Исследователь мхов Ян-Петер Фрам из Боннского университета рассказывал мне об одном любителе лошадей, который вылечил свою лошадь от застарелого грибкового заболевания, приготовив пасту изо мхов, которые росли прямо перед конюшней – можно сказать, на конском навозе!) Смочи сорванный мох водой и порежь его ножом на мелкие кусочки. Вырежи из кофейного фильтра круг диаметром примерно полсантиметра. Поскольку кофейный фильтр состоит из двух слоев бумаги, получатся два кружка одинаковой величины. Обваляй один кружок из фильтровальной бумаги в кашице изо мха и положи в банку. В другую банку помести другую бумажку, при необходимости еще раз смочив ее водой, чтобы лучше держалась.

5. Теперь закрой банки и поставь их в теплое место, но не на солнце, чтобы бактерии и грибы хорошо росли.

6. Через неделю-другую окажется, что в баночке с бумажкой, обваленной во мхе, бактерии и грибы хоть и развиваются, но огибают дугу вокруг бумажного кружка. Фильтровальная бумага, пропитанная мхом, окружена ореолом, внутри которого ничего не растет. В другой баночке такого ореола быть не должно. Если это не так, значит, мох был не такой, какой надо, – попробуй взять другой…

XVIII. Атомы углерода

Рыбаки наблюдали на озере странное явление: по воде распространялось переливчатое сияние, напоминавшее расплавленную радугу – фиолетовую и золотую. Рыбаки позвали монахов из ближайшего бенедиктинского монастыря. Это явление не было естественным, оно было чудом, Божьим знаком! Но что, ради всего святого, Бог хотел поведать смертным?

Сходили за настоятелем монастыря; он пришел, опираясь на двух монахов помоложе, шагнул на мостки и молча наблюдал за игрой красок. Потом заговорил: «Разве вы не видите, что радуга указывает на часовню нашего святого Квирина? Ему мы обязаны этим чудом. След ведет в заросли тростника. Посмотрите – может, что-нибудь там и найдете». Вместе с рыбаками в лодку сели двое монахов и, вернувшись через час, показали настоятелю тростник, к которому приклеилась липкая черноватая масса. «Вот что мы обнаружили в камышах. Оттуда исходит сияние». Настоятель осмотрел находку, окунул стебель в озеро – от него отделилась маленькая радуга и поплыла по воде. Он перекрестился и сказал: «Сдается мне, это что-то святое – возможно, кровь, которую потерял святой, когда его гроб проносили по берегу нашего озера? Соберите это вещество – надо показать его нашему философу».

Монахи собрали загадочную черную массу в маленькие колбы – для этого они подержали в воде стебли тростника, между которыми запуталась эта масса, чтобы можно было ее вытащить. Монастырский аптекарь, который был еще и алхимиком, исследовал образцы и объявил, что это – описанная еще древними чудесная масса под названием нафта, которая в империи зовется земляной смолой или земляным маслом. Она обладает целительной силой, тем более что ее источник, очевидно, берет свое начало от святого Квирина. Судя по всему, это масло имело для него особое значение, раз оно переливалось фиолетовым и зеленоватым цветом – то же самое говорят и о философском камне. С тех пор монахи стали использовать это масло в качестве лечебного средства. Они натирали им больных паломников, которые часто являлись к монастырю издалека, обрабатывали гнойные раны, смазывали болящие суставы, капали в уши и воспаленные глаза. Черное масло, которое отныне стало известно повсюду как масло Квирина, оказалось невероятно действенным лекарством. Оно творило чудо за чудом. К слепым возвращалось зрение, хромые вставали на ноги и вновь начинали ходить, даже животные выздоравливали. Настоятель повелел, чтобы заболоченное место, которое, судя по всему, было источником масла, огородили и построили над ним деревянную часовню. Так и сделали. Монахи завели книгу чудес и стали скрупулезно записывать в нее все случаи исцеления. Масло стало частью паломничества, каждый год являлись сотни паломников, молились святому и приобретали у монашеской конгрегации бутылочку драгоценного масла. Они приносили с собой и ставили в часовне святого Квирина жертвенные восковые фигурки – маленькие скульптуры из ароматного пчелиного воска: одни в форме руки, другие в форме глаза, третьи в форме ноги – в зависимости от того, каким недугом страдал верующий. Многие возвращались в свои деревни, исцелившись. Так продолжалось более 300 лет. Однако в 1803 г. Бавария была завоевана войсками Наполеона, монастырь секуляризован, а паломничество к часовне святого Квирина – запрещено. Несколько лет целебное масло еще продавалось, а потом источник иссяк. Сейчас существует всего лишь одна запечатанная бутылочка со старинным маслом. События эти происходили не на Штарнбергском озере, а на озере Тегернзе неподалеку от него; небольшие месторождения нефти встречаются во многих местах в предгорье Альп. Однако запасы в них весьма скудные.

Нефть – одна из самых удивительных субстанций, какие только есть. В наши дни она пользуется дурной славой, но разве нефть виновата в том, что люди затевают войны, чтобы завладеть ею? Нефть – фантастическое вещество, не в последнюю очередь потому, что делает ощутимой ту чрезвычайную силу, которую скрывает в себе углерод. Выглядит она и в самом деле престранно – на свету она светится зеленоватым светом, а ее крохотные капельки могут распространяться невероятно далеко, обнаруживая необычайно чистые, насыщенные цвета. Нефть и пахнет странно – ароматно, в общем-то, запах этот нельзя назвать неприятным. Неудивительно, что монахи приписывали ей огромную силу.

В альпийском регионе, где тут и там – не только на Тегернзе – обнаруживается нефть, распространены сказания, согласно которым нефть – это кровь, пролитая в бою великаном. В некоторых местностях великана после христианизации заменили святым.

В самом деле, между кровью и нефтью существует сходство. Обе жидкости густые и липкие; кровь, как и нефть, может свертываться в черную массу. Современное учение о нефти недалеко ушло от старой теории крови. Нефтехимия показала, что нефть действительно состоит из соков и останков умерших существ, нагретых под давлением. Нефть содержит так называемые химические ископаемые, молекулярные фрагменты соков микроорганизмов, из трупов которых возникла нефть. В нефти были обнаружены остатки крови и продукты разложения хлорофилла. Нефть – концентрат прошедшей жизни, наполненный энергией. Пить ее нельзя, но при наружном применении в небольших количествах нефть обладает целительной силой, поскольку содержащиеся в ней фенолы оказывают антибактериальное действие.

Нефть состоит преимущественно (на 80 %) из углерода, поэтому при ее горении выделяется так много углекислого газа. Но нефть характеризует углерод не только количественно; прежде всего, она дает качественное представление об этом элементе, об этом типе атома, причем даже гораздо лучше, чем уголь, который почти на 100 % состоит из углерода.

Ведь нефть – это не просто мертвое скопление атомов углерода, а целый космос, концентрация всего, на что только способны атомы углерода. Имея дело с нефтью – этим бездонно черным, флуоресцирующим веществом, – получаешь понятие о том, что такое углерод, точное представление об ослепительной многогранности этого атома. В нефти можно встретить и вытянутые в длину цепи атомов углерода, и круглые соединения, и сети, и всевозможные комбинации. В неочищенной нефти присутствует 17 000 различных соединений углерода, а если учитывать мельчайшие следы, то намного больше! Каждая капля нефти содержит невероятное богатство.

Углерод – переливчатый элемент, общительный и в то же время неуловимый. Он не слишком тяжел и не слишком легок, не слишком велик и не слишком мал и способен образовывать соединения с самим собой. Не только попарно, но и впятером, вдесятером или даже по 100 000 в огромных молекулах со сложной архитектурой, напоминающей, скорее, государства, нежели соединения. Другие атомы вступают в сношения только с определенным видом атомов – от остальной части атомного сообщества они изолированы, как высшая знать. А в атомах углерода, напротив, общительность и игривость бьют ключом. Он самый жизнелюбивый в периодической системе химических элементов, сидит в середине и соединяется с атомами, находящимися как слева, так и справа от него. Так и получается, что 95%всех известных химических соединений – это углеродные соединения; на все остальные элементы периодической системы – а их около 100 – приходятся оставшиеся 5 %!

Поэтому углерод лежит в основе всего живого, из его атомов – и некоторых других, особенно водорода, азота и кислорода – живые существа могут сделать все, что захотят: твердые хитиновые панцири или эластичные нити, клеи, кислоты, яды, сахар…

Музыка жизни бесконечно вариативна, всякий раз она звучит иначе, но неизменно упоительно, а ключ к ней – C. Все живые существа, какими бы пестрыми и переливчатыми они ни были внешне, в душе черны: они состоят из углерода. Мы, люди, – жизнь в гуще жизни. Бо́льшая часть того, что нас окружает, состоит из углерода: стол, стулья, наша одежда, пища, лекарства и т. д. Да и в природе, если посмотреть, сплошь и рядом углеродные соединения. Так что углерод оказывается довольно распространенным элементом. Об этом свидетельствует и его название, в котором нет ничего необычного; на ум сразу приходят малопрестижные профессии. А как благородно звучит, например, слово «кремний»!

Внешность обманчива.

Углерод на Земле – редкость. Редкая земля. Раритет. Если перебрать все атомы, из которых состоит Земля, то среди 10 000 атомов обнаружишь добрых 5000 атомов кислорода и около 1600 атомов кремния. И всего семь атомов углерода! Растениям и водорослям приходится отсеивать эти атомы из массы других, чтобы выстроить из них свое тело. Вырастая, растения становятся идеальной пищей для животных, которые не утруждают себя накоплением атомов углерода в собственном организме. Ведь растение, если исследовать его сухую массу, примерно на 50 % состоит из углерода. Когда животные, выстроившие свои тела из растений, умирают, их трупы падают на землю или на дно моря. Как правило, их тут же поедают, так что атомы углерода постоянно находятся в обращении. Через промежуточную станцию – воздух – они всякий раз попадают обратно в организм других живых существ. Раз они такие редкие, нельзя терять ни одного!

И в самом деле, почти каждый атом углерода подвергается переработке и используется снова. Вот почему от роскошной, пышной жизни былых времен и эпох сохранились лишь жалкие остатки – и, как правило, это вовсе не углеродные материалы. Большинство умерших созданий продолжают жить в современных живых существах! Жизнь пожирает саму себя, чтобы иметь возможность жить дальше.

Однако кое-что остается, не все поглощается и перерабатывается. Не все атомы углерода жизнь снова вводит в оборот – некоторые надолго пропадают в земных недрах. И вот мы опять возвращаемся к нефти. В относительно мелководных морях, озерах, у берегов океанов, где много живых существ, из падающих на дно тел может образовываться нефть. Она и сейчас образуется во многих местах – например, в Средиземном и Черном морях. Но в природе этот процесс длится очень долго.

Нефть в некотором смысле – консервированная жизнь, которая благодаря счастливому стечению обстоятельств избежала участи быть сожранной! Концентрированный дистиллированный фильтрованный сок. Углерод в ней, в отличие от каменного угля или графита, еще не подвергся полной минерализации и не перешел в состояние покоя, он еще подрагивает, претерпевает биохимические превращения – просто он временно замер. Стоит сыграть для него в изящных прозрачных замках и башнях из дутого стекла химической лаборатории танцевальную мелодию, как древние атомы начнут потягиваться, шевелиться и снова пустятся в пляс. Из живого углерода, содержащегося в нефти, можно сделать все, что угодно, – множество веществ, тщетно состязающихся в разнообразии с самой жизнью: аспирин, краски, неломающиеся удочки, жевательные резинки, резиновые мячики, бикини и т. д. Нефть является для органической химии философским камнем, универсальным сырьем и панацеей.

Самое глупое, что только можно сделать с этой великолепной субстанцией, этим жидким символом живого углерода, – сжечь ее. И именно так мы, к сожалению, и поступаем в большинстве случаев. Тогда нефть снова становится углекислым газом.

Разумеется, каждое углеродное соединение когда-нибудь превратится в CO₂; этот бесцветный газ – последний путь всего живого, прах всех живых созданий. Но в природе атомы углерода подвергаются бесчисленным превращениям и вступают в бессчетное количество соединений, прежде чем стать углекислым газом и отправиться к ближайшему растению. В природе самый красивый путь между двумя точками – не прямая, а кривая. Метаморфозы углерода в природе столь же запутанны и причудливы, как то масляное пятно, переливающееся всеми цветами радуги, которое наблюдали на озере монахи.

Открой для себя невидимое!

117 Увидеть привычное новыми глазами:
CO₂ как живой пепел

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: пустая банка или пустой стакан, сифон для воды (прибор, который используется для приготовления газировки из водопроводной воды и углекислого газа)

1. Во многих домах есть сифон для воды. С его помощью можно приготовить газировку, а можно и более детально изучить свойства углекислого газа. Возьми сифон и подставь под него большой стакан. Нажми на кнопку и впусти немного шипящего углекислого газа. Влей содержимое стакана себе в рот и в нос! Едко-кислый вкус CO₂ ни с чем не спутаешь. Дочь углерода – углекислота – принадлежит к числу слабых кислот. Ее мягкость отражает уравновешенный характер самого углерода.

2. Откуда берется в сифонах (и в газировке, кока-коле, лимонаде) CO₂ – «угольная кислота»? Почти всегда прямо из нефтегазовой промышленности. На определенных этапах процесса, которые можно назвать упорядоченным частичным сгоранием, там высвобождается очень чистый CO₂. В принципе, CO₂ для газировки можно было бы добывать и на угольных электростанциях – там он образуется в несметных объемах. Но очистка этого газа оказалась бы очень трудоемкой.

3. CO₂ – основной продукт сгорания угля, нефти и природного газа, которые, в свою очередь, являются преображенными мумифицированными остатками морских или сухопутных созданий. Он возникает везде, где заканчивается жизнь. Этот газ – «последний путь плоти», как писал итальянский химик и писатель Примо Леви. Это газообразный пепел, который поднимается в воздух и быстро распространяется. Но он не только последний путь, но и начало всей жизни. CO₂ вовсе не производит впечатление мертвого; напротив, он кажется беспокойным, живым, и даже вкус его освежает. С точки зрения жизни, газообразное состояние CO₂ – его решающее качество. Если бы CO₂ был, как большинство оксидов, твердым и плохо растворимым, жизнь быстро бы угасла. Будь он жидким, жизнь никогда не вышла бы из моря на сушу. Но благодаря тому, что он газообразный и при этом легко растворяется в воде, ограниченность запасов углерода не составляет большой проблемы, поскольку каждый неиспользуемый атом сразу же оказывается доступным вновь – во всем мире, на высоте и в глубинах, везде, где только есть жизнь.