Глава 5 И ВЕЧНОСТЬ ЖИЗНИ…
ного странного окружает нас. Но мы привыкли не замечать этого. Вот обычный воздух, которым мы дышим. Он состоит из смеси различных газов, в основном азота, кислорода, углерода и водорода. Кислород и водород являются составной частью всех морей и океанов, а углерод накоплен природой в неисчислимо больших запасах мела, мрамора, угля, нефти, газа, графита, и даже чудесные алмазы представляют собой чистый углерод.
Именно эти четыре элемента — азот, кислород, водород, углерод — являются основой основ всего живого. Мы уже говорили, что в организмах они легко соединяются в хитрейшие сплетения огромных молекул, образуя нуклеиновые кислоты, белки, жиры и другие сложные органические вещества.
При существующих в природе температурах эти газы в смеси, образующей воздух, химически не соединяются. Но если бы наша Земля неожиданно нагрелась до температуры 1827°, то… пропала бы атмосфера. Через шесть секунд после начала космической катастрофы весь кислород соединился бы с азотом, и вместо воздушного океана поверхность земли покрыли бы светло-розовые хлопья.
Почему одни и те же химические элементы, которые упрямо не соединяются в воздухе, даже в лабораторных печах при 1000-градусной жаре, в живых организмах при ничтожных температурах необычайно легко соединяются и разъединяются, создавая сложные взаимопереплетения?
Выяснилось, что есть в природе вещества, в присутствии которых другие вещества легко соединяются. Их назвали «разрешающими» веществами, или катализаторами. Реакция с участием катализатора идет по иному пути, чем при отсутствии, и этот путь оказывается более «легким» — он может быть пройден с большей скоростью при меньших температурах и давлениях.
Специалисты из различных стран, в том числе наши советские ученые, много сделали для решения сложнейшей проблемы подбора эффективных катализаторов для различных химических производств. Но в данный момент речь идет не об этом.
Летом, ближе к осени, малопроточные мелкие озера затягиваются сплошной плотной изумрудно-зеленой пленкой.
«Цветущее» озеро заселилось миллиардами стремительно размножающихся микроорганизмов. Каждый из таких организмов чрезвычайно мал и устроен настолько просто, что питательные вещества из воды поступают к нему непосредственно через наружную оболочку клетки.
И в то же время мы вынуждены, как говорится, снять шапку перед самым примитивным живым существом. Да, пока вынуждены снять, ибо наиболее совершенные химические комбинаты не способны конкурировать с этой крошечной изумрудно-зеленой крапинкой. В ней имеются высокоактивные катализаторы, синтезирующие самые сложные вещества — белки и некоторые другие органические соединения из простой озерной воды и растворенных в ней солей и углекислого газа.
Биологические катализаторы получили название ферментов, что означает в переводе с латинского «закваска». Оказалось, что они являются определенными разновидностями белков. Их очень много. Так, в списке ферментов числится более семисот различных наименований, но ученые уверены, что этот перечень далеко не исчерпан. Пока мы еще мало знаем о молекулярном строении ферментов и с трудом представляем себе, как они работают. Но уже известно, почему их много.
Наличие столь большого разнообразия ферментов объясняется тем, что каждый из них «настроен» на узкий круг реакций или даже только на одну химическую реакцию. В живом организме действует как бы «конвейерное» химическое производство: фермент за ферментом выполняет свою операцию, «передавая» синтезирующуюся сложную молекулу следующему ферменту. Такая налаженная, строго гармоничная работа биологических катализаторов — важнейшее свойство и условие существования организма.
И еще одна характерная и очень интересная особенность. Исследования показали, что многие «наборы» катализаторов, а также и специфические ферменты, свойственные отдельным группам органов, и даже основные пути превращения пищевых веществ оказались тождественными у высших и низших форм жизни. Это, кстати, еще одно наглядное свидетельство единства всего живого мира, его постепенного развития от менее сложного к более сложному.
Высшая форма жизни на нашей планете — мы, люди. А низшая? Клетка? Бактерия? Вирусы?.. Президент Белорусской Академии наук, ныне покойный В. Ф. Купревич уже почву образно считал живым существом, способным к многочисленным каталитическим реакциям, к биологическому обмену веществ. «Экспериментальный материал, — писал этот крупный ученый, — полученный нами и другими исследователями, по энзиматической активности характеризует почву как биологическое тело. Мы не берем в кавычки слова „биологическое тело“ — не видим для этого основания».
Термин «энзимы», означающий по-гречески «закваска», аналогичен латинскому понятию «фермент».
Почва — живое существо?! Интересно, неожиданно!
В конце прошлого века немецкий химик Иммендорф наполнил плотно закрывающийся стеклянный сосуд смесью водорода и кислорода — гремучим газом, а на дно сосуда положил комок почвы. Прошло трое суток. Почва поглотила газы, соединив их между собой и другими веществами, образовав в сосуде разрежение — вакуум.
Другой ученый, Кенч, в 1906 году при помощи такого же примитивного оборудования, наоборот, разделил элементы. В этом случае почва способствовала разложению перекиси водорода, и стеклянный сосуд наполнился высвободившимся кислородом.
Можно привести множество подобных опытов. Давно установлено, что почве свойственны каталитические действия. Хорошо известно и то, что разные почвы с неодинаковой силой проявляют эту способность.
Наконец, давно известно, что горные породы постепенно превращаются в почву совместными усилиями растительного и животного мира. Бесчисленные миллиарды бактерий, микроскопических грибов, водорослей, паутина корневых систем, различные черви, насекомые — все живое население неразрывно связано с происхождением, жизнью и биологической активностью почвы.
Живое население почвы в непрерывных поисках пищи и источников энергии разрушает одни формы окружающих их в почве минеральных и органических веществ и создает другие формы, которые могут быть усвоены конкретным живым существом. Вы уже и сами догадались, что эта низкотемпературная химическая кухня осуществляется при помощи ферментов.
Купревичем с Чайлахяном и другими учеными было наглядно доказано, что каталитические процессы в почве осуществляются ее живым населением не только и даже не столько внутриклеточно, сколько вне клеток, в общем «котле» почвы. Иными словами, все микроорганизмы выделяют наружу, прямо в почву ферменты. Здесь же сосредоточиваются некоторые органические кислоты и неорганические вещества (например, соединения железа и марганца) с каталитическими свойствами.
Была также установлена дополнительная роль корневых систем. Именно они, корни, могут выделять больше всего активных биокатализаторов.
Микроорганизмы и корневые волоски живут и отмирают, а почва продолжает существовать — развивается и улучшается. Все дело в том, что если при жизни часть ферментов выделяется почвенным населением из клеток наружу, то есть в ту же почву, то после их отмирания весь ферментный аппарат достается почве. Исследования показали, что ферменты надежно адсорбируются на комочках земли, то есть происходит процесс сгущения и определенного закрепления в почве биокатализаторов. Они плохо вымываются водами и даже выдерживают довольно значительный нагрев. Длительный опыт установил, что многие ферменты сохраняются в высушенной почве до 26 месяцев! Хотя не только ферменты, но и многие живые почвенные существа выдерживают самые экстремальные условия.
Итак, из года в год в почве при благоприятных обстоятельствах могут накапливаться ферменты, делая ее биологически все более активной. Почва, как и живая ткань, обладает богатым набором ферментов, и, кроме того, она, как физическое тело, сама проявляет каталитическую активность. Почва обеспечивает протекание сложнейших процессов обмена веществ и энергии, непрерывное «производство» определенных органических веществ и способствует переходу сложных азотистых и других соединений в формы, доступные усвоению растениями.