В слое ила соседствуют микробы с разными потребностями: одним нужен кислород, другим подходит среда без него, третьим необходим свет. Сергей Виноградский одним из первых начал разбираться, как устроено такое соседство и какие химические превращения его поддерживают.
Биография Сергея Виноградского: образование и научная карьера
Путь Виноградского в науку прошел через увлечение правом, естествознанием и музыкой. Его исследования начались в европейских лабораториях, продолжились в России, а затем — во Франции.
Детство и юность
Виноградский родился в Киеве, в Российской империи. По действовавшему тогда юлианскому календарю датой рождения было 1 сентября; по григорианскому — 13 сентября. После гимназии он поступил на юридический факультет Киевского университета. Через месяц перешел на естественное отделение, а спустя два года оставил и его.
Учеба в консерватории и приход в науку
Следующим выбором стала музыка: Виноградский поступил в Петербургскую консерваторию, где занимался фортепиано. Любовь к музыке он сохранил на всю жизнь. В 1877 году Виноградский вернулся к естественным наукам в Петербургском университете. Его наставником стал ботаник Андрей Фаминцын. Позднее ученый отправился в лабораторию Антона де Бари в Страсбурге, где занялся серобактериями, затем продолжил работу в Цюрихе.
Работа в России и во Франции
В 1891 году Виноградский вернулся в Петербург и возглавил отдел общей микробиологии Института экспериментальной медицины. Позднее стал директором института, а после ухода занялся земледелием в своем имении. После революции и Гражданской войны ученый оказался в эмиграции. В 1922 году по приглашению Эмиля Ру он возобновил исследования в Институте Пастера. Под Парижем он продолжил изучение почвенных микробов. Виноградский умер во Франции в 1953 году, прожив 96 лет.
Что открыл Сергей Виноградский: главные достижения ученого
Виноградского интересовало, откуда микроорганизмы получают энергию и как меняют среду вокруг себя. Исследования серобактерий и почвенных микробов помогли связать эти вопросы с круговоротом веществ в природе.
Исследование серобактерий
В образцах из серных источников Виноградский наблюдал длинные нити бактерий Beggiatoa. Внутри клеток лежали зерна серы. Опыты показали, откуда они появлялись: бактерии окисляли растворенный в воде сероводород и накапливали серу. Когда сероводород заканчивался, зерна постепенно исчезали — микроорганизмы продолжали окислять уже этот запас.
Превращения неорганических веществ снабжали клетки энергией. Предстояло выяснить, как микробы используют ее для роста.
Открытие нитрифицирующих бактерий
В Цюрихе ученый занялся нитрификацией — превращением аммиака в нитраты. Участие микробов в процессе уже было известно, но выделить их оставалось трудно. Виноградский выращивал бактерии на минеральных средах без готового органического питания. Такой отбор позволил выделить участников двух стадий: одна группа окисляла аммиак до нитритов, другая превращала нитриты в нитраты. Продукт работы первых становился источником энергии для вторых. При этом бактерии росли без света и получали углерод для клеток из углекислого газа.
Создание основ почвенной микробиологии
В России Виноградский исследовал еще один процесс — усвоение свободноживущими бактериями атмосферного азота. Одни микроорганизмы вводят азот из воздуха в органические вещества, другие преобразуют его соединения в почве.
Во французский период ученый сосредоточился на микробах в естественной среде. Изучение их связей с соседями, питанием и условиями почвы помогло заложить основы микробной экологии.
Хемосинтез: что это и чем отличается от фотосинтеза
Хемосинтез — создание органических веществ из углекислого газа за счет энергии окисления неорганических соединений. Так живут, например, изученные Виноградским нитрифицирующие бактерии.
При фотосинтезе источником энергии служит свет. При хемосинтезе энергию дают химические реакции: окисление аммиака, сероводорода и других веществ. В обоих случаях углекислый газ становится сырьем для построения органических молекул. Различается способ получить энергию для этой работы.
Колонка Виноградского: устройство и принцип работы
Колонка Виноградского — прозрачный сосуд с илом или почвой и водой, в котором развиваются разные микробные сообщества. Со временем внутри возникают участки с разной доступностью кислорода, света и соединений серы. Ближе к поверхности кислорода обычно больше, в глубине он расходуется и может исчезнуть. В каждом участке получают преимущество микроорганизмы с подходящим обменом веществ. Их скопления могут образовывать цветные полосы и пятна. Продукты жизнедеятельности одних обитателей становятся ресурсами для других. Такие колонки используют на занятиях по микробиологии: они позволяют наблюдать, как условия среды определяют распределение микробов.
Ранее Наука Mail рассказала, как микробы у гидротермальных источников используют углерод из земных недр.