Гельригеля, утверждавшего: азот воздуха захватывается бактериями. Долгое время никому не удавалось перекинуть мостик между их открытиями. Создать теорию круговорота азота в природе.
Попадались ученые, полагавшие, будто дело вовсе не в микробах, а в простых химических превращениях. Мол, аммиак, попадая в почву вместе с дождями и удобрениями, соединяется с кислородом и разлагается на простые соли. И приводили в подтверждение своей догадки пример «селитряного инея», часто появлявшегося на стенках погребов и конюшен. Хотя Пастер и пытался убедить всех: медленное окисление не обходится без микроорганизмов.
Увы, логика порой не способна противостоять слепой вере. А потому уверения великого микробиолога не принимались в серьез. Лишь пятнадцать лет спустя, случайность помогла признать могущество царства невидимок.
В 1878 году из Гренобля в Париж по приглашению члена Парижской академии Пьера Дегерена прибыли два никому неизвестных химика Шлезинг и Мюнц.
«Не возьметесь ли, господа, - обратился он к ним, - избавить наш город от зловоний? Найдите, хотя бы способ очистки сточных вод».
Оба ученых неплохо разбирались в геологии. И потому решили: самый надежный фильтр для стоков – земля. Ведь влага родников всегда чиста и свежа. Они заказали несколько двухметровых труб. И когда те доставили в лабораторию, заполнили их почвой с полуострова Женвилье, где располагались столичные поля орошения.
Почему двухметровых, и зачем такая грязная начинка? Во-первых, экспериментаторы не без основания считали: на такой глубине в природе вскрываются незамутненные водные жилы. Во-вторых, - для очистки они выбрали землю, «привычную» к клоачным стокам, где, по их расчетам, должны содержаться все ингредиенты для очистки воды.
Расчеты оказались верны. Темная и густая жидкость медленно просачивалась сквозь почвенную толщу. Все твердые частицы осаждались в ней. А из труб вытекала прозрачная влага без цвета и запаха, что нельзя было сказать о той, что заливали сверху.
Цель достигнута, но ученые не успокоились. «Хорошо ли система справляется с очисткой?» - задумались Шлезинг и Мюнц. Химические анализы стоков показали: в них полно аммиачных солей – результат брожения останков растений и животных. В отфильтрованной же воде они исчезли, зато появлялась азотная кислота! Нетрудно сообразить, пока влага просачивалась сквозь землю, аммиак окислялся. Его слагающие, азот и водород, присоединив кислород, создавали два самостоятельных вещества кислоту и чистую воду.
Ничего нового. И возможно, на этом все опыты и закончились бы. Но в один из дней Мюнц проявил неловкость. Опрокинул на кучу испытуемой земли склянку с хлороформом. По лаборатории стал разливаться дурманящий, сладковатый запах. Пришлось открыть окна и спасться бегством. Ведь действие этого препарата мало чем отличается от боевых отравляющих газов.
Вернулся он лишь на второй день. И первое, что увидел – совершенно растерянного Шлезинга. Его коллега недоумевал. Уже который раз он пропускал очередную порцию нечистот сквозь почвенный фильтр, но они и не думали избавляться от аммиака. Не требовалось даже химических анализов, чтобы понять: их система перестала работать! Стакан наполнялся слегка посветлевшей влагой с прежним, отвратительным запахом.
Тут-то Мюнца и осенило. Хлороформ усыпляет крупных животных и людей. Микроорганизмы же он просто убивает. Значит, влагу от аммиака очищали микробы. Они же и превращали его в азотную кислоту.
Но, может быть, хлороформ не усыпил бактерии? А произвел какую-нибудь реакцию в почве? Так или иначе, ученые решаю проверить свое открытие, избавившись от микробов другим способом. Они прокаливают почву до ста двадцати градусов. И опять их фильтр перестает работать. Безжизненная земля практически не очищает стоки. Но стоит смешать ее с сырой почвой, и, некоторое время спустя, она обретает былую способность.
Все так. Только ни один микробиолог никогда не поверит в существование того или иного микроорганизма, пока не разглядит его под микроскопом. Шлезингу и Мюнцу такое оказалось не по силам. Да, и не им одним. Многие ученые с мировым именем признали нитрозный микроб … неуловимым. Провал, следовал за провалом.
Но, пожалуй, больше всего натерпелся от него русский микробиолог Сергей Николаевич Виноградарский. Пришлось поставить сотни опытов. Испытать столько же неудач. И лишь годы спустя, наконец, обхитрить существо, долго дурачившее Бертло, приводившее в отчаяние Буссенго, не клюнувшее на изысканные приманки самого Пастера. Как и предполагал Виноградский, «жирные бульоны», полные органических остатков, не возбуждают аппетит нитромонады (так он назвал свой трофей). А вот соли калия и магния, да еще аммиак способны привлечь ее внимание.
Наконец-то, удалось получить раствор, в котором, похоже, находился «диковинный зверь». «Оставалось, - писал он в своем дневнике, - выманить его из логова. Десятки раз приступал я к анализам растворов, но нитромонада как будто насмехалась надо мною. Два раза на минуту или две в растворах появлялось легкое помутнение, что свидетельствовало о ее присутствии. Но стоило добавить еще одну дозу соли аммиака, и «легкое облачко» тут же таяло на глазах».
Виноградарский решил более не испытывать судьбу. И, против всех правил, стал наносить на предметное стекло микроскопа едва помутневший раствор. Тут же выяснилось. В минеральном «бульоне» появились бесчисленные орды овальных, похожих на веретено существ.
«Они резвились с четверть часа, пока муть затягивала, словно туманной пеленой, жидкость в стакане, - вспоминал ученый. – Но их подвижность скоро пошла на убыль. Микроскопические существа утихомирились и стали опускаться на дно, где лежал слой углекислой магнезии».
Странно! Живые, а потребляют углерод из минеральных веществ. В ту пору все выглядело неправдоподобным. Выходило, теория минерального питания, открытая Либихом, верна не только для растений.
Впрочем, в мире микроорганизмов все происходит гораздо сложнее. Грибки, простейшие, бактерии живут за счет растений, животных и человека. Паразитируют, иногда убивают, но никогда не успокоятся пока не съедят своих «кормильцев» без остатка.
Нитромонада же оказалась отщепенкой. Она получала свой углерод из угольной кислоты крайне «хитроумным» способом. Обычно, этот элемент может быть отобран с помощью внешней энергии, например, солнечных лучей. Но в лаборатории, а тем более в почве их мало. Требовался дополнительный источник. И им стал водород, входящий в состав аммиака. Нитромонада набрасывалась на этот элемент, «поджигала» его. В результате выделялось тепло, расщеплявшее углекислоту, и микроб получал необходимое пропитание.
Так удалось открыть одно из недостающих звеньев в круговороте азота, а вместе с ним и механизм превращения минерального вещества в органическое. Но Виноградарский решил поближе познакомиться со столь «изобретательными» бактериями. И вскоре убедился: рождение нитратов, солей азотной кислоты в почве протекает не в одну, как думали раньше, а в две стадии. Первая связана с уже знакомой нитромонадой. Но она слишком слаба для полного разложения аммиака и потому делает только часть работы. В результате образовывалась не азотная, а лишь азотистая кислота. Разница между ними понятна и школьнику. У последней на один атом кислорода меньше. А, значит, и возможности невелики. Вот тогда-то и выступает на сцену азотобактер. Он добавляет «полуфабрикату» не достающий атом кислорода, и в плодородном слое рождается полноценная азотная кислота, растворяющая соединения кальция, магния и других элементов. Так появляются нитратные или азотные соли, столь любимые растениями.
Последний штрих в теорию круговорота азота внес ученик Виноградарского Василий Омелянский, выследив бактерию разрушающую белки и поставляющую аммиак нитромонадам. Цепь замкнулась. Тайны накопления азота в почве более не существовало.
