Живые утилизаторы

Городскаяоткрытая научно-практическая конференция

Тема:«Живые утилизаторы»

2006г

Оглавление
Введение
Глава I.Живые утилизаторыкак один из вариантов решения экологических проблем
§ 1. Краткий обзор экологических проблем человечества
§ 2. Функция микроорганизмов как утилизаторов
§ 3. Будущее микроорганизмов
§ 4. Растения утилизаторы
Заключение
Выводы
Список литературы

Введение
«Экологический кризис» — это словосочетание еще недав­но вызывалотревожные чувства и ощущение надвигающейся опасности. Но на фоне множества предкризисных и кризисных ситуаций в экономике, политике, международныхотношени­ях практически перестали восприниматься как серьезные та­кие признаки начинающегося разрушения балансаприродных сил, как участившиесяразорительные наводнения, появление новыхболезней и многие другие. От частого употребления всуе стирается смысл самого термина «экология».Собственно эко­логические проблемы, многие из которых приобрели глобаль­ное значение и стали проблемами выживаниячеловечества, часто подменяютсяместными санитарными задачами, решение которых заменяет работу надсложными и требующими глубо­кого пониманияих существа экологическими проблемами.
Любаяэкологическая проблема начинается с повседневного поведения людей, их быта,поступков. Например, банальный      выброс мусора, нерациональноеиспользование чистой воды и других природных ресурсов. Смягчить данные устои науровне введения политических запретов и других административных норм довольнотрудно. Но ведь сама природа может помочь людям решить эти проблемы при помощиживых организмов – утилизаторов. Эта проблема до сих пор не была хорошо изученазарубежными и отечественными учеными биологами, поэтому мы посчиталинеобходимым и актуальным рассмотреть эту проблему именно в данное время.
Актуальностьвыдвинутой темы обусловила постановку цели работы.
Цельработы: показатьроль живых утилизаторов в решении экологических проблем.
Задачиработы:
1)        проанализироватьэколого-биологическую литературу по данной тематике;
2)        определитьфункции утилизаторов в живой природе;
3)        определитьвозможные виды живых утилизаторов;

Глава I. Живые утилизаторы как один из вариантов решения экологических проблем
 
§ 1. Краткийобзор экологических проблем человечества
Проблемызагрязнения воздуха, вод, пищи достаточно широкообсуждаются и в основных чертахзнакомы каждому. Поэтому на данномэтапе множество средств и вниманияуделено взаимодействию разных сред в пе­реносе загрязнений, механизмамвоздействия токсикантов на человека иэкосистемы, а также обсуждению основных страте­гических и тактическихнаправлений действий по предотвра­щениюзагрязнения природной среды — единственной среды обитания людей.
На повесткедня стоит жизненно важная проблема. Быстрый рост городов и городскогонаселения, непрерывно увеличивающиеся масштабы мирового промышленногопроизводства породили так называемую «проблему отходов». Только в США внастоящее время скопилось 57 миллионов тонн токсических и других опасныхотходов, 60% из них — продукты химической промышленности. К 1990 году, порасчетам, их количество возрастает до 80 миллионов тонн.
Хотелось бы отметить, что эстетические, этичес­кие иэколого-санитарные аспекты проблемы биоразнообразия, которые и определяютотношение к ней не только широкой об­щественности, но и руководителей самогоразного ранга, в том числе принимающих государственные решения, не должны бытьопределяющими. Угроза потери биоразнообразия — это угроза всемуоблику жизни на Земле, составу атмосферы и вод, климату, свойственнымсовременному состоянию биосферы, в котором сформировался и существуетчеловек.
Основнаяпричина развивающегося кризиса взаимоотношений «природа – человек» лежит всфере культуры, формирующей подчиненное, охранительное или потребительскоеотношение человека к природе, и от отношенияэтого зависит распределение усилиисовременного человечества, направляемых на эксплуатацию, сохранение, воспроизведение и приумножение природных ресурсов.
Все подобные данные о причинах возникновенияэкологических проблем, возможных путях их решения были собраны в науке«экологии».
Экология(от греческого «ойкос» — дом) выделилась в самостоятельный раздел биологии вовторой половине XIX века.Обосновал необходимость этого раздела био­логии, дал ему название исформулировал комплекс проблем, стоящих перед экологией, Эрнст Геккель, один изярких последователей эволюционного учения Чарльза Дарвина. Геккель определялэкологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде».Современные определения экологии, отличаясь в деталях у разных авторов,сводятся к представлению о « биологической науке, изучающей организацию и функционированиенадорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ),биогеоценозов (экосистем) и биосферы» [Розанов;12]. Экология изучаетзависимость численности каждого изучаемого вида от конкретных условий, ипозволяет в необходимых случаях управлять численностью, а, следовательно,эффективностью хозяйственного или иного использования вида.
Экологиякак наука о взаимодействии организмов и среды развивается в значительной мерепод влиянием потребностей практики. В современном мире XXI века эта потребность увеличивается в несколько раз,что объясняется интенсивным научно-техническим прогрессом в таких областях,как: промышленность, автомобилестроение, металлургия и некоторых других.
Те живыеорганизмы, которые оказывают помощь в решении экологических проблем,перерабатывая «загрязнители» и очищая тем самым воду, воздух, почву, называютсяутилизаторами. Утилизация – это вовлечение различных типов загрязнения в новыхтехнологические циклы или использование в других полезных целях. Утилизатор-этотот, кто уничтожает. В качестве примеров утилизаторов в нашей работе приводятся:микроорганизмы и растения.
 
§2.Функция микроорганизмов как утилизаторов
Еще однимважнейшим вопросом проблемы отходов является изыскание наиболее эффективныхметодов и средств очистки, обезвреживание и утилизация бытовых ипроизводственных сточных вод, которые во всех промышленно-развитых странахявляются основными источниками загрязнения природных водоемов и атмосферы. Обостроте, масштабности задачи говорят такие данные: ежегодный водозабор изприродных источников на хозяйственно-бытовые нужды в настоящее время во всеммире составляет 3,5 тысячи кубических километров, а объем воды, загрязняемойпромышленно-бытовыми стоками, равен 6 тысячам кубических километров.
В природелюбая, даже самая незначительная, на первый взгляд, часть может оказать большоевлияние на какую-либо сложившуюся ситуацию. Например, микроорганизмы совершаютгромадную работу по созданию одних горных пород и минералов и разрушениюдругих, механизм этой работы часто наводит на мысль о возможности использованияэтого процесса работы, но уже в решении экологической проблемы.
Крупныеместорождения серы постепенно иссякают, а новые обнаружить все труднее. Выходнашелся совер­шенно неожиданно. Стало известно, что арабы, живущие у озераАйнез-Зауя в Северной Африке, в течение многих лет добывали на его берегахсеру. И сейчас в во­дах этого озера совершается таинство сероосаждения:20-сантиметровый слой серы устилает все дно. Аналогич­ная картина наблюдается ина озере Серном Куйбышевской области, в котором еще при Петре I добывали серудля производства пороха. Чтобы проникнуть в тайну этого процесса, построилиминиатюрную модель озера и поставили ряд опытов: в обычную колбу с водойпомести­ли гипс и сульфат натрия, затем в этот же сосуд поселилисульфатредуцирующие и так называемые пурпурные бактерии. Первые создавали изисходных веществ сероводород, а вторые переводили его в серу. На стенках и днеколбы выпадал осадок серы!
Расчетыпоказывают, что при воспроизведении усло­вий лабораторных экспериментов вводоеме глубиной 5 метров и площадью 1 квадратный километр за сто днейсеробактерии выработали бы от 100 до 500 тысяч тонн серы! Цифры довольноубедительно говорят о вы­сокой «производительности» труда рабочих-невидимок.Реальность расчетов можно подтвердить также примером, приведенным академиком В.Вернадским в «Очерках гео­химии»: микробы так быстро размножаются в подхо­дящихусловиях, что одна бактерия за 4—5 дней может образовать 10 особей. Значит, вседело в том, чтобы создать микробам подходящие условия, и тогда они будут работать«не за страх, а за совесть».
Не менееподходящей, а главное, дешевой средой для деятельности серобактерий могут статьсточные, канализационные воды. Здесь можно получить двойной выигрыш: микробыбудут вырабатывать серу и одновременно очищать городские отходы.
Преимуществомикроорганизмов при очистке от нефтепродуктов удалось продемонстрировать в 1989 г., когда танкер «Валдиз» компании «Экссон» наткнулся на риф у побережья Аляски. В моревылилось около 40 тыс. т нефти, загрязнившей 2 тыс. кмпобережья. Это было самым значительным загрязнением за всю историю США, ипроизошло оно в одном из самых чистых уголков Земли. Погибли: 1 млн. птиц,95% тюленей, 75% участков обитания лосося на Аляске были загрязнены.
Ликвидацияпоследствий катастрофы обошлась в 2 млрд. долл. К механической очисткепобережья привлекли 11 тыс. рабочих и дорогое оборудование. Параллельнодля очистки берега в почву внесли азотное удобрение, способствовавшее развитиюприродных микробных сообществ. Это в 5 раз ускорило разложение нефти. В итогезагрязнение, последствия которого, по расчетам, сказывались бы и через 10 лет,в основном устранили за 2 года. Затраты на биоочистку не превысили 1 млн.долл.
С каждым днемвсе больше экспертов считают, что именно биотехнологии становятся символоммогущества современной науки, воплощением достижений цивилизации. Когда-то упобережья Пакистана затонул танкер с десятками тысяч тонн нефти. Животному мируи побережью Аравийского моря нанесен огромный ущерб. Биотехнологические методыборьбы с загрязнением окружающей среды в состоянии предотвратить такие потери.
Нефтью инефтепродуктами сегодня загрязнена даже Антарктида. В России же вообще добыча,транспортировка и переработка нефти воспринимаются как страшная угроза живойприроде. И не без оснований – в Западной Сибири, где сорок лет назад началиосваивать крупнейшие месторождения, на огромных территориях нефть уничтожилавсе живое.
Проблемаоказывается в центре внимания СМИ, когда случаются крупные разливы (авариитанкеров, разрывы нефтепроводов). Но проходит время, это перестает бытьновостью, и о «нефтяной угрозе» биосфере благополучно забывают, хотя покрытыенефтяной пленкой акватории, пляжи или участки тайги не восстановятся и черездесятилетия. На автозаправочных станциях, аэродромах, военных базах (точнее,под ними) все чаще находят огромные «линзы» нефтепродуктов. Загрязнениянефтепродуктами крайне опасны, ибо некоторые их компоненты, в частностиполиароматические углеводороды, весьма токсичны (канцерогенны) и разрушаютсякрайне медленно.
Бороться сзагрязнением окружающей среды, как оказалось, могут микроорганизмы. Ониэффективнее любых других живых существ превращают сложные соединения в простые.Для микробов это просто процесс питания – использование сложных органическихсоединений в качестве источников азота, углерода, фосфора и т.д. Сложныесоединения служат пищей, а простые поступают в биосферу, участвуя в знакомом сошколы цикле органических соединений. Но микроорганизмам приходится иметь дело ис новыми для них соединениями, которые прежде были надежно спрятаны в тайникахпланеты, скажем, глубоко под ее поверхностью. Так произошло и с нефтью, которую«вытащили» на поверхность. С каждым днем в биосферу попадают все новыесинтетические органические соединения, которых никогда не было в природе. Имикробы не только демонстрируют фантастическую способность к их переработке, нои непрерывно эволюционируют. И здесь специалисты возлагают надежды намикроорганизмы, полученные методами генной инженерии и обладающие нужнымисвойствами. Однако общество боится гипотетических рисков генной инженерии, втом числе и «выведенных» с ее помощью микроорганизмов. Кстати, далеко не всегенетически модифицированные микроорганизмы – продукты генной инженерии: онипрекрасно обмениваются генами и в природе.
Кромеочевидного использования микроорганизмов в решении экологических проблем,существует и их «косвенное» участие.
Легкорастворимая за­кись железа выносится с водой на поверхность. Здесь поддействием железобактерий она окисляется, превращается в нерастворимуюгидроокись и выпадает в осадок. В результате железо перекочевывает из глубинЗемли на поверхность и откладывается в виде железной руды. На это еще в 1888году указывал известный русский микробиолог С. Виноградский (1856—1953).[5;56].Все важнейшие мировые месторождения железа, по мнению ряда ученых, имеютбактериальную основу. Член-корреспондент АН СССР А. Вологдин (1896— 1971)отмечал, что ему приходилось наблюдать под микроскопом останки древнихжелезобактерий во многих рудах — из Кривого Рога, с Кольского полуострова, изКазахстана, из Сибири, с Дальнего Востока. И на дне Мирового океана океанологиобнаруживают колоссаль­ное количество скоплений железомарганцевых конкре­ций,как полагают, микробиологического происхождения.
А поскольку этибесконечно малые организмы ведут такую титаническую геологическую деятельностьв масштабах нашей планеты, если они так могущественны и всесильны, то их,естественно, нужно заставить работать на челове­ка не только вмикробиологической, химической, пище­вой, фармацевтической промышленности, всельском хозяйстве, в горнорудной и металлургической промышленности, но и вбиометаллургии и биогорнорудной промышленности… Здесь для них необъятное поледеятельности.
Болеетридцати лет назад провели исследование ржа­вого осадка в шахтных и рудничныхводах. Предполага­лось, что он образуется только в результате окисления. Опытыже показали, что в стерилизованной воде железо практически не окисляется, затов шахтной… Трое суток — и оно покрылось красноватым налетом. Виновники этой«химической диверсии» были обнаружены с помощью микроскопа. То, что раньшепринимали за обычную реакцию, оказалось биологическим процессом, в которомглавную роль играют серо- и железобактерии. Те же самые серобактерии пособственному почину освобо­ждают уголь от соединений серы: за месяц ониокисляют до 30 процентов серы и удаляют ее в виде серной кисло­ты. Процесс этотпротекает слишком медленно, чтобы применять его в промышленности. Но зато он нетребует никакого специального оборудования.
В своейжизнедеятельности серобактерии выступают, подобно двуликому Янусу, сразу в двухамплуа: в роли создателей месторождений серы и в роли рудных бра­коньеров. Ониразрушают вскрытые месторождения сульфидных руд, окисляя нерастворимые в водесульфиды металлов и превращая их в легкорастворимые соеди­нения. Разумеется,сульфоредуцирующие микробы об этом даже не подозревают. Добывая себе энергию засчет реакции окисления, они, как отмечалось выше, хищнически разоряют залежисернистых руд. Переведен­ные в растворимую форму соединения металла вымы­ваютсядренажными и почвенными водами. Ценный продукт беспрепятственно уходит из рудыи теряется безвозвратно.
А можно лирудных браконьеров перевоспитать, превратить из хищников в обогатителей бедныхруд, в дея­тельных металлургов? — Можно! Продукты собственного химическогопроизводства не интересуют железо- и се­робактерии. Неорганические молекулы дляних лишь своеобразные «дрова». Сжигая их в «пламени химиче­ского костра», ониполучают необходимую для себя энергию. Следовательно, не ущемляя интересовбакте­рий, с ними можно заключить взаимовыгодный дого­вор: вам — вершки, а нам— корешки, вам — тепло «химического костра», а нам — его золу. Именно с этойцелью и вступили уральские ученые «в союз» с серобак­териями. Они разработалисхему первой опытно-про­мышленной установки по бактериальному (подземному)выщелачиванию металла из медных и цинковых руд. Она оказалась предельнопростой. По трубопроводу в скважины подается бактериальный раствор. Онувлажняет руду. Бактерии окисляют металл, и он переходит в раст­вор(концентрат), который выкачивается на поверхность в специальные желоба. На этомпроизводство концентра­та заканчивается. Содержание металла в нем достигает 80процентов. Только за время опытов на Дегтярском месторождении с помощьюбактериального выщелачи­вания были добыты десятки тонн меди, причем руда бра­ласьс отработанных участков месторождения. Получен­ная этим способом медь почтивтрое дешевле, чем при использовании других методов.
Не секрет,что металлургам все чаще и чаще прихо­дится иметь дело с бедными рудами,волей-неволей приходится затрачивать огромные средства на сооруже­ние большихкомбинатов, единственное назначение которых — увеличить содержание металла вруде. От всего этого нас освободит будущая высокоскоростная биоме­таллургия,фундамент которой закладывается сегодня.
Опытподземного выщелачивания показал, что ис­пользование бактерий особенно эффективнона послед­ней, завершающей стадии эксплуатации рудников. На этом этапе онивообще незаменимы. Обычно в выра­ботанных месторождениях, как правило, ещеостается от 5 до 20 процентов руды. Извлечь ее современными техническимисредствами почти невозможно. Добраться до этого подземного кладбища меди можнолишь одним-единственным путем — мобилизовав многомиллиард­ную армию бактерий.Подобно трудолюбивым муравьям или сказочным гномам, они будут без усталиработать, переводя металл из невыработанных остатков руды в раствор. Так можно вернуть,по меньшей мере, три четвер­ти оставшихся запасов медной руды. Тридцать пять летназад закрылось месторождение Южная Выклинка. Марк­шейдеры сказали — меди нет.Призвали на помощь бактерии — начали получать десятки тонн металла. Таким жепутем на мексиканском руднике из старых, заброшен­ных забоев за один только годбыло «вычерпано» 10 тысяч тонн меди.
По меревыработки природных месторождений цен­ных ископаемых взоры специалистов всечаще и чаще обращаются к накопившимся у шахт и рудников отвалам пород. Уже впервых опытах бактерии и здесь зарекомен­довали себя самыми экономными инепривередливыми металлургами. За многие годы в Мексике на месторожде­нииКананеа возле шахт скопилось около 40 миллионов тонн отвалов породы. Содержаниемеди в них мизерное — всего 0,2 процента. Отвалы начали орошать шахтной во­дой,которая стекала затем в подземные резервуары. Из каждого литра собранной воды бактерииизвлекли по три грамма меди. В итоге — 650 тонн дорогого металла в месяц!
Методом выщелачиванияс помощью микроорганиз­мов можно добывать такое важное в наше время топли­во,как уран. Обычно он находится в рудах в очень невысо­кой концентрации. Поэтомудля добычи урана выгодны малоэнергоемкие методы. Уран может быть извлечен спомощью кислых растворов, образованных бактериаль­ным окислением сульфидов.Сама организация бакте­риального выщелачивания урана довольно проста. Дроб­ленуюруду складывают в штабеля на водоупорной пло­щадке, например асфальтированной.Затем кучи высо­той до 2 метров увлажняют, и в них происходит развитие тионовыхбактерий за счет имеющихся сульфидов. При­мерно за два года происходитвыщелачивание до 80 процентов урана. При подземном выщелачиваниизабалансированную пиритизированную урановую руду орошают в выработках. Орошающиеводы выкачивают на поверхность, и уран извлекают из раствора на ионо­обменныхсмолах. Вода с сернокислым закисным железом поступает в прудки, где происходитокисление железа, и кислый раствор вновь поступает на орошение руды.
В природесравнительно редко встречаются руды, содержащие только какой-либо один металл.Чаще всего в них имеется целый комплекс различных сопутствую­щих компонентов.Это относится почти ко всем полиметаллическим рудам цветных металлов и комногим другим полезным ископаемым. Так, например, титаномагнетиты содержат,кроме железа, титан и ванадий. В каменных углях, железных рудах находятсягерманий и другие рас­сеянные элементы. Народное хозяйство, разумеется, заин­тересованов максимально полном извлечении всех цен­ных компонентов, содержащихся в рудах,иными словами, в организации комплексной переработки руд. Успешно решить этубольшой народнохозяйственной важности за­дачу можно опять-таки с помощьюбактерий. И ученые ведут целенаправленный поиск в мире микробов все новых и новыхтружеников для биометаллургии. Цинк, молибден, железо, хром — таков сейчасдалеко не полный ассортимент металлов, добываемых микроорганизмами у нас и зарубежом.
Алхимикисредневековья мечтали о философском камне, способном превращать любые металлы взолото. В наши дни ученые собираются добывать золото при помощи… бактерий. Напервый взгляд такая идея и сейчас может показаться фантастической. И многиеспециалисты так и расценивали ее до самого последнего времени. Аргументы быливеские. Золото — металл инертный, на него не действуют даже концентрированныекислоты. Только «царская водка» (смесь соляной и азотной кислот) одолеет чистоезолото. Поскольку микроорганизмам не под силу конкурировать с такой «адскойсмесью», их поприще деятельности, говорили скептики, медные и железные рудники.Но живая природа показала иное. И вот каким образом.
В Сенегале наберегу реки Иввары есть золотоносный холм Ити. Месторождение это промышленногозначения не имеет, так как размер частиц самородного золота н. е превышает микронаи плотность залежи чрезвычайно мала. Лишь местные золотоискатели, затрачиваямассу времени и сил, стоически продолжают копать и промывать землю, получая внаграду за свой поистине сизифов труд мизерное количество пыли желтого металла.Каза­лось бы, за многие десятилетия, хотя и кустарной раз­работки золотоноснойжилы ее тощие запасы должны были бы иссякнуть. Но вот чудо! Золотая жила Итиостает­ся неисчерпаемой. Впечатление такое, будто кто-то все время пополняетместорождение запасами драгоценного металла. Р. Мартинэ — директор Бюрогеологических изысканий и шахт в Дакаре, узнав о таинственной неис­сякаемостизолотоносной жилы холма Ити, высказал предположение, что это результатдеятельности мик­робов.
Нашли средимикроорганизмов советские ученые и та­ких «специалистов», которые позволяютрешить одну давнишнюю и чрезвычайно важную производственно-технологическуюпроблему в угольной промышленности. Речь идет о новом методе — использованиибактерий для предотвращения подземных взрывов. На первый взгляд это можетпоказаться невероятным, в действитель­ности идея оказалась не такой ужутопичной.
В любомместорождении угля находится большое количество метана, рассеянного в угольноймассе. За мно­гие миллионы лет под действием геологических факто­ров (давления,сжатия и разрыва пород) метан мигрирует по пласту, заполняя все пустоты, инаходится под повышенным давлением. При промышленной эксплуатации место­рожденийугля нарушается геологическая плотность пласта, и часто происходят неожиданныекатастрофические выбросы. Выделяясь из трещин и пустот в угле, метан приконцентрации от 5 до 16 процентов образует с возду­хом взрывчатую смесь, Итогда достаточно одной искры, чтобы с оглушительным ревом по шахте прокатилсяогненный смерч, круша все на своем пути.
Метан — газбез цвета и запаха. Как же обнаружить его присутствие в атмосфере подземныхвыработок и удалить его из шахты?
В старинуможно было наблюдать такую картину. Человек, закутанный с ног до головы вмокрую доху, бредет, вдоль забоя по всем подземным закоулкам. В ру­ках у негогорящий факел, которым он водит во все стороны, опускает к полу, поднимает ксводу. А вокруг и впереди одиноко идущего смельчака подстерегает смерть. Онапрячется в черных, тускло поблескивающих пластах угля, медленно сочится помельчайшим порам и трещинам. Человек должен выявить и обезвредить ее — таковапрофессия газожега, которая была, пожалуй, одной из самых опасных. Не прогремитвзрыв, вернется факель­щик — можно и уголек брать. А часто не возвращался...
Другихспособов выявить наличие в шахте метана в старину не было. Идти в газожегилюдей заставляла нужда. Профессия эта исчезла лишь тогда, когда «индикаторами»стали служить канарейки. Эти птицы, очень чутко реагирующие на недостатоккислорода, за многие годы спасли немало шахтерских жизней. Позднее на сменуканарейкам пришла шахтерская бензиновая лам­па: при наличии метана над еепламенем появлялся голу­боватый ореол.
Пока в лавеорудовали обушком, метана выделялось сравнительно мало. Но появился комбайн, способныйежесуточно давать тысячи тонн угля. При таком разруше­нии пласта газа стало выделятьсянеизмеримо больше. Коварный невидимый враг подстерегал шахтеров букваль­но закаждым углом. Как же бороться с ним? Самый «ста­рый из новых» способов —дегазация. В угольном пласте бурят скважины и закачивают туда под большимдавлени­ем воду с примесями поверхностно-активных веществ. Цель этой операции —расширить трещины и поры в угле и создать новые. Помимо того что облегчаетсявырубка угля, по трещинам и порам метан активно выходит из пласта. А здесь егоуже «ждут» вакуумные насосы, кото­рые отсасывают газ на поверхность. Этимспособом можно удалить до 45 процентов метана из угольного пласта. А остальные55 процентов? Чтобы они не стали причи­ной аварии, ученые перепробовали рядспособов. Но все они оказались малоэффективными. Так, например, автома­тическаясистема газовой защиты — АГЗ, своевременно обнаруживающая выход метана изпласта, сигнализирую­щая об опасности, не спасает от выброса, не ликвидируетсаму опасность. Решение проблемы подсказали… бакте­рии.
Еще в началенашего века были открыты бактерии, питающиеся метаном в смеси с воздухом. Ониохотно поедают метан в любой концентрации, даже в самой взрывоопасной.Разумеется, такое ценное качество не могло остаться незамеченным. И уже в 30-хгодах ученые начали думать, как использовать эти бактерии для борьбы с коварнымгазом. Первые эксперименты были проведе­ны в 1937 году профессором А. Юровским.Но дальней­шей работе помешала война. О бактериях, поедающих метан, вспомнилилишь через 37 лет.
УченыеМосковского горного института под руковод­ством члена-корреспондента АН СССР В.Ржевского, докторов технических наук А. Бурчакова, Э. Москаленко, Н. Ножкинаразработали микробиологический метод борьбы с метаном и успешно опробовали его в1974 году на ряде шахт Донецкого бассейна. Технология нового метода достаточнопроста.
В угольном пластебурятся скважины на расстоянии 10 метров друг от друга, и в них нагнетается поддавле­нием минерализованный водный раствор — питательная среда вместе сбактериями. Бактерии распространяются по трещинам и порам, где скапливается метан,но к «работе» пока не приступают: для этого им нужен воздух. Он закачивается вскважины непрерывно в течение дли­тельного времени — от пятнадцати суток до полуторамесяцев в зависимости от количества газа. И все это время бактерии размножаютсяи поедают метан. Затем вода откачивается, горные выработки продуваются, и можновполне безопасно добывать уголь.
Применение этого метода гарантирует ликвидацию всего метана в пластах,подготавливающихся к эксплуата­ции.
Что ж, вбиотехнологии, как и в любой новой технологии, никогда не будет гарантиинулевого риска. Просто современные знания позволяют ученым утверждать, чтомикроорганизмы можно с успехом применять для очистки многострадальной природыот токсичных соединений.
Преимуществомикроорганизмов при очистке от нефтепродуктов удалось продемонстрировать в 1989 г., когда танкер «Валдиз» компании «Экссон» наткнулся на риф у побережья Аляски. В море вылилосьоколо 40 тыс. т нефти, загрязнившей 2 тыс. км побережья.Это было самым значительным загрязнением за всю историю США, и произошло оно водном из самых чистых уголков Земли. Погибли: 1 млн. птиц, 95% тюленей,75% участков обитания лосося на Аляске были загрязнены.
Ликвидацияпоследствий катастрофы обошлась в 2 млрд. долл. К механической очисткепобережья привлекли 11 тыс. рабочих и дорогое оборудование. Параллельнодля очистки берега в почву внесли азотное удобрение, способствовавшее развитиюприродных микробных сообществ. Это в 5 раз ускорило разложение нефти. В итогезагрязнение, последствия которого, по расчетам, сказывались бы и через 10 лет,в основном устранили за 2 года. Затраты на биоочистку не превысили 1 млн.долл.
Однакомикробам и самим нужна помощь. Скажем, им предстоит разлагать углеводородынефти, но для улучшения «аппетита» им не хватает, например, азота, фосфора иликислорода (нефтяная пленка может перекрыть доступ кислорода). Значит, нужноснабдить их тем, чего им недостает: кислородом и влагой, вспахав и полив землю.Используют и биопрепараты на основе микроорганизмов, разлагающих различныеуглеводороды. Их запахивают в почву или распыляют в виде водных суспензий.Наконец, третий подход, который выглядит наиболее перспективным, – совместноеиспользование растений и микроорганизмов. Растения помогают микроорганизмам,снабжая их корневыми выделениями, содержащими нужные питательные вещества, амикробы, в свою очередь, помогают растениям усваивать те вещества, которые безних растениям усвоить было бы нелегко. Дополнительная работа, как правило,невелика – семена просто опыляют биопрепаратами. На прорастающих семенахначинают развиваться микроорганизмы, и у них гораздо больше шансов обосноватьсяна корнях растений, чем у конкурентов. Многие растения эффективно аккумулируюттяжелые металлы, «высасывая» их из почвы. Микроорганизмы сделать это не могут,хотя зачастую способствуют поглощению токсинов. Система «микробы – растения»очищает почву и от органики, и от тяжелых металлов. Так очищали почвы и отмышьяка и других токсичных соединений.
Этот подход кочистке окружающей среды быстро развивается. При рассеянных загрязнениях(нефтепродукты, пестициды, тринитротолуол, которым загрязнены многочисленныеполигоны и стрельбища) ему просто нет альтернативы. Выяснилось, что и растенияперерабатывают органические соединения (прежде это считалось невозможным). Всечаще и химические средства защиты растений заменяют микробиологическими,используя вместо ядохимикатов микроорганизмы, стимулирующие рост растений изащищающие их от болезней и вредителей.
В отличие отпромышленной биотехнологии, где все параметры технологического процесса строгоконтролируются, при использовании микробов для очистки окружающей среды такойконтроль затруднен. Это всегда «ноу-хау», своего рода искусство, котороепредполагает не только высочайшее мастерство, но и особый дар. Поэтому боротьсяс нефтяными разливами должны не подразделения МЧС, военные или добровольцы смешками и лопатами, а специальные структуры, созданные при всех компаниях,занимающихся добычей, транспортировкой или переработкой нефти. Если компания нев состоянии гарантировать, что способна самостоятельно справиться с любой аварией,которая может возникнуть в процессе ее деятельности, ей нельзя работать снефтью. Это требование может показаться слишком жестким, но только егобеспрекословное выполнение оставляет надежду на то, что мы сумеем победитьнарастающее загрязнение биосферы, а не оно нас.
Одним изважнейших вопросов проблемы отходов является изыскание наиболее эффективныхметодов и средств очистки, обезвреживания и утилизации бытовых ипроизводственных сточных вод, которые во всех промышленно развитых странахявляются основными источ­никами загрязнения природных водоемов и атмосферы. Обостроте, масштабности задачи говорят такие данные: ежегодный водозабор изприродных источников на хозяй­ственно-бытовые нужды в настоящее время во всеммире составляет 3,5 тысячи кубических километров, а объем воды, загрязняемойпромышленно-бытовыми стоками, равен 6 тысячам кубических километров.
Впромышленных сточных водах содержится множество компонентов, весьма опасных длячеловека: канцерогенные вещества, фторированные углероды, биоциды, тяжелыеметаллы, шламы различных производственных процессов. Одной из основных тенденцийв современной мировой практике является разработка методов очистки сточных водс повторным их использованием в технологических процессах (оборотноеводоснабжение).
Невысокаяэффективность применяемых индустриальных методов очистки промышленных вод,требующих крупных капитальных затрат и эксплутационных расходов, побудилаприбегнуть к помощи микроорганизмов, заняться разработкой и внедрением дешевых,малоэнергоемких и надежных биологических и биохимических методов очистки.
За последнеедесятилетие предложено довольно большое число биохимических методов очисткисточных вод. В общем виде биохимическую очистку условно разделить на двестадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью адсорбции из сточныхвод тонкодисперсных и растворимых примесей органических и неорганическихвеществ поверхностью тела микроорганизмов и разрушение адсорбированных веществвнутри клетки микроорганизмов при протекающих в ней биохимических процессах(окисление, восстановление). Обе стадии могут происходить как в аэробных, так ив анаэробных условиях.
Оригинальныйметод уничтожения пластмассовой тары разрабатывают шведские ученые. Они выводятспециальные бактерии, которыми будет «заражаться» пластмасса при изготовлении. Некотороевремя бактерии должны находиться в состоянии покоя, а когда тара будетвыброшена, под воздействием окружающей среды они активизируются и разрушатпластмассу...
Пока мирмикробов изучен гораздо хуже, чем мир животных и растений. Без риска ошибиться,можно ут­верждать, что микробиологам сегодня известно не более десятой доливидов микроорганизмов, населяющих водоемы и почву.
Научный поискполезных бактерий, которых надо было бы «приручить», заставить работать начеловека в различных областях его практической деятельности, в сущности, тольконачинается. Предстоит выделить и изучить десятки и сотни новых видов, которыераньше было невозможно обнаружить на питательных средах, применявшихся современ Луи Пастера и Роберта Коха-
Одной изважнейших проблем ближайшего будущего является выведение микробов «домашнихпород», обладающих повышенной активностью. Исходя из этого, ученые намечаютпровести в ближайшие годы большую работу по окультуриванию «диких» форммикробов и созданию новых, более полезных культур путем ра­диационных ихимических мутаций и гибридизации. По эффективности и производительности онибудут, как полагают микробиологи, в сотни раз превосходить своих «диких»собратьев. Они смогут выполнять функции, не свойственные ни одному природномумикробу, и выполнять их направленно.
 
§3.Будущее микроорганизмов
В недалекомбудущем реально встанет вопрос об управлении ценозами (живыми сообществами) какна полях, так и в «дикой» природе и в невидимом мире микробов.
Уже созданыматематические модели, описывающие взаимоотношения организмов в сообществах. Аэто — первый шаг к управлению ценозами.
Нью-йоркскийизобретатель нашёл несложный способ сделать жизнь в городах чуть чище и ближе кприроде. Он попытался представить, что будет, если естественную почву подногами скрестить с привычными для нас непроницаемо-твёрдыми и скучными плитамимостовой.
Итак,Biopaver — это сборная водопроницаемая система мощения улиц, котораягарантирует надлежащий дренаж и даже сражается с загрязнителями.
Каждый каменьBiopaver состоит из трёх основных компонентов: бетонная оболочка, разлагаемыймикроорганизмами пластиковый вкладыш (он нужен при отливке плиты), ядро изкомпоста, ну и плюс целлюлоза, разные добавки, и «стабилизаторпочвы».
По замыслуХагермэна, промышленность могла бы поставлять такие блоки вместо традиционныхбетонных плит.
Иллюстрацияпроблемы: три среды – естественная природа, пригороды и мегаполис. Синий цвет –проникновение дождевой воды в почву, серый – поверхностный слив, то есть,удаление воды в другое место, стрелка вверх – испарение.
В центр этогоблока можно заранее высеивать семена растений.
Да не любых,а тех видов, которые лучше прочих впитывают и перерабатывают яды из почвы, вчастности, продукты нефтяного происхождения.
Работаобычной закрытой поверхности, проницаемого бетона и биобрусчатки. Загрязнения впервом случае смываются куда-то, во втором – проникают в почву, в третьем –впитываются, специально подобранными растениями Джозеф упоминает в этой связиважную проблему городов – дренаж дождевой воды.
Не то, чтобыхорошая канализация с этим не справлялась. Но изобретатель считает, что тут намследует приближаться к естественной картине дренажа – где большая часть водывпитывается в почву.
В большихгородах, затянутых асфальтом, этот цикл нарушен – воду выводят по ливневымстокам прочь.
Три основныечасти Biopaver: бетонная плитка, вкладыш из биодеградирующей пластмассы икомпост
Начиналосьвсё это безобразие, кстати, с разлагаемой пластмассы, образец которой попал кХагермэну случайно. Американец сначала предполагал применить такую пластмассукак простую и дружественную природе форму для отливки бетонных украшений. Потомего мысль стала развиваться в направлении разного сочетания«экологических» и «разлагаемых» продуктов с бетоном ипришла, в конце концов, к идее, которая должна понравиться«многомиллиардной» бетонной промышленности.
Сейчаспроблему водоотвода кое-где решают выкладкой водопроницаемых бетонных плиток,что уже лучше глухой поверхности.
Так, по мнениюизобретателя, будет выглядеть результат замены части мостовой и тротуара наблоки Biopaver
Так, помнению изобретателя, будет выглядеть результат замены части мостовой и тротуарана блоки Biopaver. Но в этом случае загрязнители почвы проникают в неё свободно.Хагермэн добавил «предустановленный» кусок очень питательной почвы исемена растений, перерабатывающих грязь.
Но в этомслучае загрязнители почвы проникают в неё свободно. Хагермэн добавил«предустановленный» кусок очень питательной почвы и семена растений,перерабатывающих грязь.
И вот –готово комплексное решение проблемы. А то, что такие плитки могут быть ещё иукрашением городов – побочный эффект.
Помнитетравку, которая пробивается между щелями старых тротуарных плиток?
ИзобретательBiopaver полагает, что нужно заранее «предусматривать» выращиваниеподобных зелёных «пятен» прямо под нашими ногами.
 
§4.Растения утилизаторы
 
Многие ученыепредлагает устранять экологические проблемы с помощью растений. С эйхорнией,более известной в России под названием водяной гиацинт, экспериментируют вновосибирском Институте цитологии и генетики СО РАН. В небольшой бассейн,заросший сочными темно-зелеными розетками эйхорнии, выливают ядовитый растворсолей тяжелых металлов. Через пять дней берут пробы воды — и в них нет никакихследов опасных веществ! Операцию повторяют снова и снова, увеличиваяконцентрацию загрязнителей, но каждый раз удивительное растение с аппетитомпоглощает очередную порцию отравы без видимого ущерба для себя.
Механизмнакопления вредных веществ в растении — отдельная наука. Про эйхорнию ученыепока точно знают только то, что в межклеточном соке, который выступает в видеросы, никакой отравы нет. Значит, металлы и вся прочая грязь накапливаютсянепосредственно в клетках. А, к примеру, стронций и цезий растение усваиваетвместо похожим по свойствам кальция и магния. Как бы путают. Эйхорнии нужноочень много пищи – органики, минеральных солей, углерода.
Ученые так ине смогли определить предел насыщения водяного гиацинта солями кадмия и свинца.По литературным данным, растение способно накапливать в себе металлы вконцентрации, в 10 тысяч раз превышающей концентрацию в воде. По органическимвидам загрязнителей показатели еще удивительнее, потому что в процессе очисткипринимают участие не только само растение, но и многочисленные микроорганизмы,которые находят приют в мощной плавающей корневой системе гиацинта.
Оченьнеприхотливое растение стало на родине настоящим бичом водоемов. Но в нашихширотах гиацинт не может вырваться из-под контроля человека, потому что невыдерживает холода. Такое сочетание свойств означает, что с помощью Эйхорнииотличной можно создавать отличные низкозатратные и энергосберегающиебиологические фильтры для самых вредных производств.
Эта идеяособенно актуальна для России, где очистных сооружений крайне недостаточно илиони малоэффективны.
Практическаяэкология во всем мире зачастую держится на отдельных энтузиастах, таких,например, как начальник очистных сооружений новосибирского свинокомплекса«Кудряшевский» Анатолий Сивков. Где-то он вычитал про удивительныеассенизаторские способности амазонской Эйхорнии, с трудом раздобыл несколькоэкземпляров растений и попытался самостоятельно акклиматизировать. Нотропической диковине определенно не понравилось жить в Сибири. Тогда Сивковобратился за помощью в академической НИИ цитологии и генетики. За дело взялисьопытные растениеводы – селекционеры Сергей Вепрев и Николай Нечипуренко. Запару лет они изучали биологию и возможности водяного гиацинта. Теперь теплую частьгода растение трудится на свинокомплексе, превосходно очищая сточные воды впрудах-накопителях, а на зиму уходит в отпуск — живет в залитых светом теплицахНИИ.
Ученыевынуждены содержать в тепличных условиях «маточное стадо» эйхорнии, потому чтопока не до конца отработали технологию получения и проращивания семян этогорастения, — рассказывает научный руководитель темы, директор Институтацитологии и генетики академии Владимир Шумный.- Задача оказалась нетривиальной:в природе водяной гиацинт обладает свойством само — несовместимости, то есть неможет опыляться собственной пыльцой. Для оплодотворения нужна пыльца другого,обязательно не родственного экземпляра растения. На Амазонке переносом пыльцыэйхорнии занимается особый вид пчел, а в Институте цитологии — лично СергейВепрев. Он уже решил проблему получения полноценных семян, и мы надеемся, чтоскоро надобность в зимней продержке растений отпадет. Тогда разведение водяногогиацинта станет экономически выгодным делом даже в условиях Сибири. Если появятсясостоятельные заказчики, мы сможем заняться, к примеру, выведением новых сортовэйхорнии с заранее заданными свойствами.
Заказчики незаставили себя долго ждать. Недавно договор с институтом заключил Новосибирскийаэропорт «Толмачево», который в последние годы бурно развивается, и ужеприобрел международный статус. Сейчас здесь вплотную приступили к решениюпроблем утилизации вредных стоков. Один из самых неприятных загрязнителей –противообледенительная жидкость «Арктика – ДГ» на основе диэтиленгликоля. Послеобработки самолетов на стоянках тонны этого опасного вещества попадали в снег,а потом уносились талыми водами в реку Власиха, впадающая в Обь. Теперьоборудована специальная площадка. Снег с нее собирают и сбрасывают вмелиорационные каналы, куда с началом теплых дней высаживают эйхорнию.Загрязненная вода довольно успешно очищается, хотя биологи настаивают, что дляполной утилизации нужно строить специальный накопительный пруд.
Такиеочистные сооружения, кроме всего прочего, необычайно красивы. Особенно когдаэйхорния цветет своими лиловыми неоново сияющими цветами. Накопительный прудможно упрятать под стеклянную крышу, и тогда живой фильтр будет действоватькруглогодично, очищая, к примеру, сточные воды жилого поселка.
«Нам быпопасть на челябинский «Маяк» или еще на какие-нибудь объекты Минатома, гдеесть накопители жидких производственных отходов», — мечтает Сергей Вепрев. Наданный момент все участники этого эксперимента мечтают проверить, как водянойгиацинт справится с радиацией. Теоретически и эти загрязнители должныперекочевать из раствора в зеленую массу растений, а ее потом надо простовысушить, спрессовать и хранить как твердые отходы, по хорошо отработанной идостаточно безопасной технологии. Анализ литературы показал, что использованиерастений в качестве утилизаторов очень ограниченно. Нами найдено пока однорастение. Остальные рассматриваются как растения – индикаторы, т.е. они неперерабатывают вредные вещества, а своим внешним видом указывают на их высокуюконцентрацию.

Заключение
На основеизученных материалов мы пришли к выводу, что для выхода из экологическогокризиса человечество должно решить сложный комплекс глобальных проблем,обостряющийся с каждым годом. Оно должно направить достаточные усилия науменьшение загрязнения воздушного бассейна, вод, почв; активно разрабатыватьэкологически безопасные технологии, привлекать к этому процессу ряд живых — утилизаторов, предотвращать разрушение озонового слоя, уменьшить тепловоезагрязнение земли. Живые утилизаторы помогают сделать людям большой шаг впередв решении пусть некоторых, но значимых экологических проблем.
Средиутилизаторов особое место занимаю микроорганизмы, которые подвержены болеедетальному изучению со стороны ученых. Потому что многие из них несут определенныеизменения быстрее чем другие организмы. Многие микроорганизмы к которымотносятся и бактерии уже апробированы и активно находят свое место в эколого-социальнойсфере жизни человека.

Списоклитературы
1.         Литинецкий И.Уроки природы. Ж-л. Человек и природа. Изд. «Знание» М.: 1985
2.         Небел Б. Наука обокружающей среде. Т. 1. М.: Мир, 1993.
3.         Одум Ю.Экология.М.: Мир, 1986. Т. 1.; Т.2.
4.         Розанов С. И.Общая экология: Учебник для технических направлений и специальностей. 3-е изд.,стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2003 (Учебники для вузов. Специальнаялитература).
5.         Самахова И.Отличный зеленый утилизатор. Ж-л. Ломоносов июль-август 2003.
6.         Смирнова Н.З.Экологическая Азбука. Красноярск. Изд. КГПУ. Изд. « Бонус» 1996..
7.         Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
8.         Хозин Г. Заботавсех и каждого. Ж-л. Человек и природа. Изд. «Знание» М.: 1986.
9.         Яблоков А.В.,Остроумов С. А. Охрана живой природы. Проблемы и перспективы. М.: Леснаяпромышленность, 1983.
10.      http://www.icg.sbras/ru Институт цитологии и генетики СО РАН.