Анатолий Клесов: Куда деваются деревья

Экология потребления. Наука и открытия: Когда вы, прогуливаясь в лесу по бездорожью, случайно вступите ногой в остаток дерева или пня...

Очень интересно ответил на этот вопрос биохимик, доктор химических наук, профессор А. А. Клёсов. Вот его история.

Начало этой истории было положено шестьдесят лет назад, во время Второй мировой войны. Американские войска, базировавшиеся на тихоокеанских островах Юго-Восточной Азии, неожиданно подверглись нападению невидимого противника. Потерь в живой силе не было, но обмундирование, палатки, гаражные тенты, брезентовые ремни и патронташи, пилотки, и прочие хлопковые и хлопчатобумажные изделия стали рассыпаться в труху.

Командование посылало конвой за конвоем с новым обмундированием, но его хватало ненадолго. Сначала заподозрили японцев, но это было бы слишком невероятно. Армия забила тревогу, и на острова направили специалистов-ученых, чтобы разобраться в ситуации. Те разобрались. 

Оказалось, во всем виноваты микроорганизмы, разрушающие целлюлозу. А поскольку целлюлоза и есть главная (и практически единственная) составляющая хлопка, то те же микроорганизмы и разрушали хлопковые изделия.

Эти микроорганизмы были известны с конца прошлого, 19-го века, но никто не наблюдал столь активных микробов, которые уничтожали целлюлозу буквально на глазах. Именно такие микробы, как выяснилось, были широко распространены во влажном тропическом климате Юго-Восточной Азии.

Были созданы несколько армейских лабораторий, перед которыми поставили задачу детально исследовать причины разложения целлюлозы, идентифицировать наиболее активные микроорганизмы, выявить способ их действия и найти эффективное «противоядие».

За несколько лет эти армейские лаборатории США изучили более 10 тысяч разных микроорганизмов. Масштабы этой работы можно представить, если понять, что пробу каждого микроорганизма наносили на полоску хлопкового материала, выращивали, повторяли для разных количеств нанесенного микроорганизма и тестировали каждую из десятков тысяч этих полосок на потерю прочности.

Таким образом, нашли самый разрушительный микроорганизм из группы «целлюлолитических», то есть «растворяющих целлюлозу». Им оказался прожорливый гриб, который получил название — Trichoderma viride (триходерма зеленая), где «триходерма» идентифицирует семейство микробов, а «вириде» — его конкретного представителя. Напомню, что микроорганизмы (или микробы) – название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом. Растет триходерма зеленая на сырой древесине. 

Несколько слов о том, как устроена целлюлоза

Это — почти бесконечно длинные цепи глюкозы, упакованные в столь же длинные продольные связки. Поэтому целлюлозные — и хлопковые — волокна такие прочные.

Помните притчу про отца, который показывал сыновьям, что отдельные прутики сломать легко, но прутики в связке сломать гораздо труднее? Так вот, когда связка состоит из тысяч прутиков, то сломать ее почти невозможно. Это — хлопок.

Можно разорвать, но с большим трудом. Более того, целлюлозные волокна в связке упакованы так плотно, что образуют почти идеально упорядоченную, то есть кристаллическую структуру. Хлопковое волокно на 94-96 процентов является кристаллическим образованием. Потому и такое прочное.

Как же целлюлолитические (т.е. растворяющие целлюлозу) микроорганизмы разрушают целлюлозу? Этот вопрос можно задать по-другому: «Куда деваются деревья, когда они стареют и в итоге падают?» Дерево в лесу упало, прошли годы, десятилетия — куда оно делось? Если бы никуда не делось, мы за тысячи и миллионы лет были бы завалены деревьями «до небес».

А вот куда. На упавшее дерево перебираются целлюлолитические организмы — из почвы, где их много, а также с помощью ветра — с грязью, с пылью. Оказавшись на дереве, эти «специализированные» микробы выделяют особые ферменты, называемые целлюлазами.

Целлюлоза — субстрат, целлюлаза — фермент, то есть белок, обладающий особой каталитической активностью. Этот фермент «настроен» на расщепление химической связи между соседними звеньями глюкозы в целлюлозе и высвобождение самой глюкозы.

Глюкоза — сахар, весьма питательный, и микроб этот сахар усваивает. Собственно, микроб и выделяет ферменты целлюлазы именно для того, чтобы получить сахар и его усвоить. Это — основной продукт питания микроба. Поедая глюкозу, микроб растет, делится, размножается, производит (синтезирует) еще больше целлюлазы, выбрасывает их наружу, на поверхность дерева и так происходит до тех пор, пока вся целлюлоза из дерева не выедена, не растворена, не усвоена микробом.

Правда, помимо целлюлозы, древесина содержит еще лигнин — это твердая смола, которая пропитывает мягкую целлюлозу (помните — хлопок мягкий) и заставляет деревья стоять относительно прямо, а также другие вещества. Но они тоже разрушаются и усваиваются другими ферментными системами.

Лигнин - усваивается труднее всего. Его природа и «изобрела» для предохранения целлюлозы. Такое коллективное действие многих ферментов приводит к переходу древесины,  вместе с расплодившихся за ее счет микробами, в почву.

Так что когда вы, прогуливаясь в лесу по бездорожью, случайно вступите ногой в остаток дерева или пня, мокрый и скользкий, то знайте: там пиршествуют специализированные микроорганизмы, участвуя в круговороте растительных веществ в природе.

То же произошло и с хлопковым армейским обмундированием в тропиках на островах, просто такая легкая пища тамошним микробам «под руку» попалась, грех не съесть, лигнина ведь нет…

Микроорганизм поглощает глюкозу в качестве основного продукта питания, размножается, рас­тет, захватывая все большие участки поверхности, выбрасывает все новые и новые порции ферментов, пока не истощится доступ­ная целлюлоза.

Однако эти процессы протекают весьма медленно. Для того чтобы пень в лесу полностью сгнил, нужны годы. Если же от­делить от микроорганизма ферменты целлюлазы, сконцентриро­вать их и добавить к целлюлозе, процесс значительно ускорится. При этом образующаяся глюкоза не потребляется грибками, а накапливается в реакционной смеси.

Если в качестве субстрата использовать не чистую целлюлозу, а целлюлозосодержащие отходы промышленности или сельского хозяйства, то можно решить и еще одну важную проблему — утилизацию отходов. Полученная глюкоза в зависимости от ее чистоты и экономической эффективности процесса может найти применение в медицине, пищевой промышленности, тонкой химической тех­нологии или технической микробиологии

Глюкозу, как известно, можно «сбраживать» в этанол и затем употреблять как «жидкое топливо» в качестве заменителя части нефтепродуктов.

Целлюлоза на нашей планете — самое «крупнотоннажное» из всех возобновляемых видов сырья. Ежегодный естественный прирост целлюлозы составляет около 100 млрд. тонн. Использование человеком части этого сырья приводит к накоплению значительного количества целлюлозосодержащих отходов. Если даже малую долю этих отходов превращать фер­ментативным путем в полезные продукты, это даст ощутимый (и возобновляемый!) источник пищевых углеводов и заменителей нефти. Поэтому данной проблемой в последние годы столь упор­но занимаются и исследователи, и технологи всего мира.

Если бы в пищеварительном тракте человека вырабатывались ферменты, расщепляющие целлюлозу до глюкозы, то мы бы получали огромное количество глюкозы, а также белки, спрятанные за твердой дополнительной оболочкой растительных клеток из любых растительных продуктов (даже опилок).

В этом случае понятия «голод» для человека не существовало бы! Но, увы…опубликовано econet.ru 

Также интересно: Роб Найт: Как наши микробы делают нас теми, кто мы есть  

Мост из ниоткуда: можно ли получить что-либо из ничего

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet