Действие газов
Действие, оказываемое различными газами на биологические объекты, представляет интерес по ряду причин. Газовый состав атмосферы различных планет варьирует, и это имеет прямое отношение к космической биологии. На Земле ряд газов (кислород, азот, аммиак, метан, водород, сероводород, углекислота, окись углерода, сернистый газ и др.) принимает участие в энергетическом или конструктивном обмене микроорганизмов, и эти процессы играют большую роль в круговороте веществ в природе. Вначале остановимся на некоторых общих положениях.
Некоторые газы обладают настолько сильным ядовитым действием, что убивают все живые организмы. К ним относятся: цианистый водород, сернистый газ, хлор, окись этилена, бромистый метил и др. За последние годы широкое распространение получила газовая стерилизация, применяемая, в частности, при обеззараживании космических объектов. Имеются современные подробные справочники, в которых освещены эти вопросы.
Существуют инертные газы, не оказывающие при обычном давлении неблагоприятного действия на биологические объекты. К ним относятся аргон, неон, криптон, гелий, азот. Луи Пастер был первым, кто опроверг существовавшее в его время твердое убеждение, что жизнь без воздуха невозможна. Он не только открыл анаэробные маслянокислые бактерии, но экспериментально доказал, что кислород атмосферы действует на них как яд. В дальнейшем были открыты другие, строго анаэробные бактерии, и их жизнь также была невозможна в присутствии кислорода. Этот газ действует неблагоприятно при повышенном парциальном давлении на многие живые существа. Так, при давлении кислорода 15—44 атм. рост микроорганизмов, находящихся на мясе, подавляется. Наивысшая устойчивость микробов и высших организмов лежит между 2 и 10 атм. давления кислорода или 10—50 атм. воздуха, содержащего 21% кислорода. Чувствительность микроаэро-фильных форм микроорганизмов ниже. Устойчивость бактерий к кислороду, содержащемуся в питательных средах в количестве до 35 мг/мл, резко снижается при повышении гидростатического давления. Так, микроорганизмы хорошо растут в питательных средах, подвергающихся действию кислорода при давлении в 3 атм. или 45 атм. давления воздуха. Однако если питательная среда содержит 105 мг/л растворенного в ней кислорода, то в этой среде при гидростатическом давлении, равном 25 атм., бактерии уже не растут. Некоторые культуры через 4 дня при 25° в данных условиях полностью погибают. На другие формы микроорганизмов повышенное содержание кислорода действует угнетающим образом при более низком гидростатическом давлении в 5—10 атм.
Некоторые аэробные живые существа способны использовать следы кислорода, находящегося в атмосфере. Так, простейшие жгутиковые размножались при пропускании над ними азота, содержащего только 0,0005% кислорода. Аэробные микроорганизмы могут потреблять при дыхании низкие концентрации кислорода скорее, чем его содержание в среде восстанавливается в результате диффузии. В частности, Micrococcus candicans способен размножаться при содержании кислорода в среде, равном 0,001%. Если содержание кислорода восполняется по мере его потребления, то аэробные бактерии могут размножаться в жидких средах, содержащих 0,02 мг/л кислорода,—это наименьшее количество, которое может быть установлено с помощью общеизвестного метода Винклера. Приведенные данные говорят о том, что очень незначительное содержание кислорода в атмосфере Марса не может быть причиной, исключающей возможность жизни на этой планете.
Влияние каждого из физических факторов, имеющихся на Марсе, следует рассматривать во взаимодействии с другими факторами. Так, экологи обычно считают, что анаэробиоз, или микроаэрофилия, у организмов коррелирует с большей устойчивостью к низкой температуре. Облигатные аэробные формы менее резистентны к холоду. Вопрос о биологическом действии атомного и молекулярного кислорода, а также озона в концентрациях, обнаруженных на Марсе, остается открытым.
Исключительно важным является действие углекислоты на биологические объекты. Содержащаяся в земной атмосфере углекислота ассимилируется фотосинтезирующими высшими и низшими растениями, а также хемо-автотрофами. Однако увеличение концентрации углекислоты в атмосфере до известного предела усиливает фотоассимиляцию, и на этом основана подкормка углекислотой высших растений. Микроорганизмы, образующие при брожении С02, например дрожжи, прекрасно размножаются в жидких средах, насыщенных углекислотой. В противоположность этому аэробные микроскопические грибы сильно угнетаются углекислым газом. Предлагались специальные, герметически закрывающиеся контейнеры, в которых хранились ягоды или фрукты в атмосфере углекислоты. Бактерицидное действие С02 отчетливо проявляется, если этот газ применяется под давлением в 50 атм. В этом случае Е. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhus, Staphylococcus, Streptococcus, Diplococcus pneumoniae, Mycobacterium tuberculosis и некоторые виды дрожжей в течение нескольких часов полностью погибают. Характер газа имеет большое значение; так клетки Е. coli полностью сохраняли жизнеспособность, находясь в азоте при давлении в 120 атм., тогда как при том же давлении водорода погибало от 10 до 40% клеток.
Особенно неблагоприятное влияние оказывало быстрое повышение давления. Так, быстрый подъем давления до 160 атм. вызывал гибель до 90% клеток бактерий, находящихся во взвешенном состоянии в воде. Слабее действовали азот и углекислота, более сильный эффект давали окись азота и аргон. Естественно, что угнетающее действие углекислоты может быть только в том случае, если она действует при определенном парциальном давлении. Хотя атмосфера Марса и содержит очень много С02, но на этой планете давление составляет только 4,5— 7,5 мбар. Отсюда можно сделать два вывода. Во-первых, несмотря на высокое содержание С02, она не может оказывать неблагоприятного действия на живые объекты. Во-вторых, если на Марсе существуют живые организмы, способные к фото- или хемосинтезу, то оба эти процесса должны отличаться от аналогичных земных процессов в физико-химическом, энергетическом и биохимическом отношениях.
С эволюционной точки зрения интересны наблюдения экологов, которые установили, что если определенные микроорганизмы образуют в результате своей жизнедеятельности газы с более или менее ядовитым действием, то эти виды обладают значительно более высокой устойчивостью к действию этих газов и к тем изменениям, которые наступают в среде под их влиянием. Достаточно указать на те концентрации аммиака, которые переносят бактерии, разлагающие мочевину, и связанное с этим высокое значение pH среды, большие количества ядовитого сероводорода, образуемого десульфурирую-щими бактериями, и т. д. С другой стороны, бактерии, окисляющие метан, водород, сероводород, окись углерода и иные газы, гораздо более устойчивы к этим газам, чем другие микроорганизмы. Такое повышение резистентности, несомненно, носит приспособительный характер и делает экологическую нишу недоступной для присутствия других микроорганизмов.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com