Для воспроизведения описанных бактериологических и электрохимических процессов ученые построили модель биохимического элемента, подобного океану. Две пробирки с платиновыми электродами и морской водой разного состава как бы имитировали природные условия в двух слоях океана - верхнем и нижнем. На электролитическом мостике между пробирками размножалась бактериальная культура; серобактерии осуществляли процесс, который они ведут в океане. Эта модель в лабораторных условиях работала непрерывно на протяжении нескольких месяцев. Она наглядно демонстрировала прямое превращение химической энергии в электрическую с помощью серобактерий. Такой биохимический топливный элемент дает напряжение около 0,5 вольт и ток более 1 миллиампера. Для получения больших напряжений и токов можно соединить такие элементы последовательно и параллельно. В настоящее время биохимические элементы дают энергию морским буям, автоматическим гидролокаторам, маякам и другим видам сигнальной и сторожевой аппаратуры.
Американская фирма "Мелпар" занимается разработкой биохимических топливных элементов для военной и космической аппаратуры. Среди исследуемых источников энергии - культура бактерий, питающихся сульфатами, организмы, выделяющие аммиак, метановые организмы. Эта фирма достигла некоторого успеха в извлечении водорода из травы, листьев и других форм растительности, который затем становится источником энергии для работы топливных элементов. Особое внимание военных ведомств привлекают элементы, которые могли бы работать непосредственно от дизельного или других видов топлива, применяемого в военной технике. Ученые полагают, что такие топливные элементы позволят удовлетворить потребность в портативных источниках питания.
Применяя комбинации из водорослей и бактерий для реакций окисления и восстановления, можно будет, по-видимому, создать биохимический топливный элемент, потребляющий лишь солнечную энергию и некоторые неорганические соли.
Биохимические элементы представляют собой прекрасный пример результативности глубокого проникновения бионики, микробиологии, физики и химии в механизм энергетических процессов микроорганизмов, пример высокой эффективности научных исследований энергетики живой природы в соответствии с запросами практики. Невольно на ум приходят слова академика Б. С. Якоби, более ста лет тому назад положившего начало практическому использованию электрохимии открытием гальванопластики: "...гальванизм будет служить новым примером и подкреплением в том все более и более распространяющемся мнении, что наука и практика должны взаимно поддерживать и усовершенствовать друг друга; что взаимное их действие друг на друга всегда будет иметь полезные следствия;... и, наконец, что самое мельчайшее зерно, посаженное наукою, рано или поздно, но непременно принесет плоды"*
* (Цит. по: А. Фрумкин. Второе рождение электрохимии. "Известия", 2 августа 1963 года.)
Наш рассказ о тружениках микромира был бы не полным, если бы мы не осветили их участия в решении еще одной жизненно важной для человечества проблемы. Речь идет о многогранной санитарной службе микроорганизмов. Но не о той, которую они успешно выполняют в общем круговороте жизни на Земле, а о той, к которой их привлек человек в силу ныне сложившихся обстоятельств. А обстоятельства эти таковы.
Грандиозный, все ускоряющийся прогресс науки и техники дал в руки человека невиданные ранее по мощности средства воздействия на природу. Последствия их применения часто оказываются совершенно неожиданными. Примером могут служить различные инсектициды. Человек создал их для борьбы с вредителями растений. Однако интенсивное применение инсектицидов не избавляет поля, сады и леса от угрозы ежегодного нападения вредителей. Во-первых, возрастает их устойчивость к ядам, во-вторых, гибнут не только вредители, но и их враги. В результате приходится непрерывно вводить в практику все новые и новые препараты и увеличивать количество обработок. Кроме того, неумеренное применение инсектицидов иногда приводит к гибели насекомых - опылителей растений, насекомоядных птиц, а также рыб и других полезных животных. Накапливаясь в почве, эти яды подавляют процессы почвообразования, угнетают рост различных культур, снижают урожайность.
Где же выход? Как нейтрализовать ядовитые соединения?
Выход есть: необходимо поручить эту "работу" почвенным микробам. Они, оказывается, способны так перестраивать обмен веществ в своем организме, что синтезированные химической промышленностью вещества под их воздействием успешно разлагаются. В ряде стран сейчас ведутся микробиологические исследования по разложению пестицидов в почве и по выделению наиболее активных культур микробов, вызывающих такое разложение.
На повестке дня стоит еще одна жизненно важная проблема. Быстрый рост городов и городского населения, непрерывно увеличивающиеся масштабы мирового промышленного производства породили так называемую проблему отходов. Из всех бытовых отходов больше всего хлопот доставляют пластмассы. В Швеции, например, за последние годы на складах скопилось столько разнообразной пластмассовой тары, что среди владельцев промышленных и торговых предприятий возникла настоящая паника. Куда девать эту использованную тару. Сжигать? Но пластмасса не горит, лишь плавится и закупоривает колосниковые решетки мусоросжигательных печей, коптит и отравляет атмосферу вредными продуктами сгорания и зловонием. Аналогичное положение создалось и в Англии, где полихлорвиниловая пленка стала ходовым упаковочным материалом. Но куда девать использованную пленку? Она не разлагается. Ее накопилось очень много на мусорных свалках, ею заполнены все овраги вокруг больших городов.
Ученые вынуждены были обратиться за помощью к микроорганизмам, и не безуспешно. Не так давно из Англии пришла обнадеживающая новость: удалось вырастить микроорганизмы, превращающие полихлорвиниловые пленки в углерод. Сотрудники Техасского (США) микробиологического института вывели микроорганизмы, пожирающие почти любую пластмассу. Ученые надеются, что эти бактерии, наконец, решат проблему городских свалок, забитых "вечными" пластмассовыми пакетами и другими синтетическими изделиями. Оригинальный метод уничтожения пластмассовой тары разрабатывают шведские ученые. Они выводят специальные бактерии, которыми будет "заражена" пластмасса при ее изготовлении. Некоторое время бактерии должны находиться в состоянии покоя, а когда тара будет выброшена, под воздействием окружающей среды они активизируются и разрушат пластмассу!
Нашли ученые среди микробов и "специалистов-санитаров" по очистке воздуха от различных загрязнений. Так, недавно журнал "New Scientist" сообщил, что в Японии, в лаборатории "Хоко сайенс" , открыто вещество бактериального происхождения, позволяющее уменьшить загрязнение воздуха выхлопными газами. Это вещество обладает сильным окислительным действием, оно эффективно нейтрализует вредные сернистые соединения. Своеобразный окислитель получен из микробов шестнадцати типов. Химический состав его пока неизвестен.
На одном из западногерманских заводов создан многослойный фильтр для очистки воздуха от зловонных газов. На всех "этажах" его работают специальные отобранные штаммы бактерий, которые "поедают" запахи. Опытная установка этого своеобразного воздухоочистителя уже в течение трех лет действует на одном из свинарников. Новый "живой фильтр" предполагается использовать также для обработки газов, отходящих от установок по очистке сточных вод городских канализационных систем.
В 1938 году советские и английские ученые независимо друг от друга открыли бактерии, которые пожирали метан - тот самый рудничный газ, который с незапамятных времен является злейшим врагом шахтеров. И вот на шахте "Суходольская-2", в Ворошиловоградской области, ученые поставили такой опыт. Бурились скважины в угле и в них нагнеталась вода, в которой были "пожиратели метана"; компрессором подавался теплый воздух, чтобы создать бактериям благоприятные для жизнедеятельности условия. Как показали замеры, через несколько дней бактерии "съели" весь метан, причем не только в скважинах, но и на расстоянии до 20 метров от них. У шахтеров появился новый надежный помощник в улучшении условий труда в штреках.
В наше время загрязняется не только окружающий человека воздух, но и реки и озера. Реки начинают задыхаться под слоем нефтепродуктов от судовых двигателей - они препятствуют "поглощению" кислорода из воздуха. Нефть угрожает и морям, и огромным океанам, которые покрывают почти три четверти поверхности планеты. Подсчитано: ежегодно человек выбрасывает в моря и океаны в общей сложности от 3 до 10 миллионов тонн нефти (!), не считая загрязнений при авариях танкеров. Токсические вещества нефти разносятся течениями. Даже в тысячекратном растворении этот яд убивает разную морскую живность, а если не убивает, то делает ее непригодной для пищи.
И опять в решении столь сложных проблем, как очистка сточных вод, очистка морей и океанов от загрязняющей их нефти, ученые нашли деятельных помощников в мире невидимок. Так, французский институт прикладной химии разработал новый способ очистки отработанной в производстве воды. Этот способ применялся на бумажной фабрике в Венизеле, выпускающей гофрированный картон из соломы и макулатуры. Сточные воды фабрики поступают в верхнюю часть башни, откуда стекают вниз через большие фиброцементные плиты. Вода у самой вершины вышки засевается определенными бактериями. Они разрушают нежелательные целлюлозные примеси, насыщают воду кислородом, и она становится совершенно чистой.
По сообщению бюллетеня "Новости ЮНЕСКО", в Ашере (Франция) вступила в строй установка для очистки сточных вод производительностью 1500 тысяч кубометров в год. Очистка производится с помощью "активной грязи". Воду смешивают с грязью, предварительно подвергнутой воздействию бактерий, уничтожающих нечистоты. Во время обработки вода утрачивает девять десятых содержащихся в ней взвешенных веществ. Брожение, вызываемое бактериями, освобождает огромное количество горючего газа, который используется как топливо на очистных установках. Благодаря применению биохимического фильтра сточные воды очищаются до такой степени, что из них получается чистая питьевая вода.