ЭСБЕ/Сероводородное брожение
Сероводородное брожение. Так называется сложный биохимический процесс, состоящий в образовании сапрогенными микроорганизмами сероводорода и аммиака из сложных органических, а также неорганических, содержащих серу веществ и в дальнейших реакциях этих газов с различными солями, приходящими с ними в соприкосновение в окружающей среде — процесс существенный и грандиозный в мировом круговороте серы. Прежде всего, это биопроцесс, он вызывается микроорганизмами и ими регулируется. Многие низшие организмы, живущие в воде и почве, в лиманной грязи озер, рек и морей, в различных гниющих органических веществах, в крови теплокровных животных и человека, обладают способностью выделять сероводород при определенных условиях. Основным опытом, доказывающим значение микроорганизмов в выработке H2S является весьма простой и наглядный опыт А. Вериго над одесской лиманной грязью, ясно пахнущей сероводородом, произведенный им впервые в 1885 году. Серая (окисленная) грязь, содержащая в себе сернокислое железо и слегка отдающая сероводородом, обливается рапой и стерилизуется в автоклаве при 120 С. После стерилизации она перестает пахнуть H2S и в таком виде остается без изменения продолжительное время, но стоит только «заразить» ее незначительным количеством (на ушке платиновой проволоки, предварительно прокаленной) сырой, содержащей микроорганизмы грязи, как она начинает вскоре темнеть и целиком превращается через некоторое время в черную грязь. Сущность процесса состоит в том, что со внесением в стерилизованную пробирку микроорганизмов, последние выделяют H2S и NH3 и восстанавливают серое сернокислое железо грязи в черное сернистое железо или, вернее, его гидраты, что и сказывается в изменении цвета грязи и в появлении сероводородного запаха. Опыт А. Вериго был затем всесторонне изучен Г. Надсоном с целью выяснения условий процесса. Способность выделять сероводород первоначально была известна лишь для некоторых бактерий, но затем она была констатирована и для некоторых грибов, особенно в последнее время, благодаря исследованиям Г. Надсона над Actinomycetes. Устанавливать какую-либо систематическую группу сероводородных бактерий или вообще микроорганизмов нельзя, так как процесс выделения низшими организмами H2S есть явление биологическое, присущее при определенных условиях различным, далеко не родственным организмам. Выделение сероводорода известно теперь уже для многих организмов. Сюда относятся разнообразные, патогенные и безвредные формы, как то: Proteus vulgaris, Bacillus mycoides, Proteus mirabilis, P. Zenkeri, Bacillus enteridis, Bacillus typhi abdominalis, Bact. coli commune. Вас. Emmerich, Vibrio cholerae asiaticae, V. Metschnikowi, V. Finkler-Priori, V. Miller, V. Denecke, Вас, oedematis maligni, Streptococcus erysipelatis, Staphylococcus pyog. aureus et albus, Вас. pyocyaneus, Bact. megatherium, Вас. fulvus, бакт. свиной краснухи, мышиной септицемии, дифтерии голубей (Loeffler), сапной палочки, куриной холеры, септицемии кроликов, а в последнее время для новых форм: Вас. Salinus Nads., Bact. alboluteum Nads., а также и для лучистых грибов Actinomyces albus Gasp., A. verrucosus Nads. и A. roseolus Nads. Источником сероводорода могут служить для С. микробов как органические, так и неорганические соединения. Прежде всего, таким источником являются белковые вещества, которые разлагаются сапрогенными микроорганизмами с выделением H2S и NH3. Rubner полагает, что С. микробы прямо отщепляют серу от белков. Во всяком случае, из ряда научных работ, а в особенности из труда Г. Надсона о сероводородном брожении в Вейсовом соляном озере, ясно следует, что белки и пептон являются важным источником H2S. Другим таким источником сероводорода являются сульфаты — сернокислый кальций или гипс и сернокислый магний. Морская вода особенно богата сульфатами в сравнении с пресной речной и мы знаем, что образование черного ила, являющегося одним из последствий С. брожения, идет в больших размерах на дне морей и океанов, чем в воде пресной. В 1890 году экспедиция для глубоководных исследований Черного моря (на канонерской лодке «Черноморец») впервые натолкнулась на большое скопление H2S на дне этого моря. Биолог экспедиции Андрусов высказался по этому поводу в том смысле, что скопление сероводорода на глубинах Черного моря есть результат гниения органических веществ и взаимодействия этого процесса с сульфатами воды. Далее, рядом исследований, а в последнее время точными опытами Надсона, удалось показать, что выделяемый микробами при разложении ими органических веществ водород действует in statu nascendi восстанавливающим образом на сульфаты, результатом чего является H2S. Таким образом, в этом случае H2S есть результат не непосредственного воздействия бактерий на сульфаты, а только косвенного их воздействия. Реакция происходит в силу химической необходимости взаимодействия между растворенными в воде сульфатами и водородом, продуктом жизнедеятельности микробов. Что же касается выделения водорода, то в этом отношении известно, что он образуется не только при гниении белков под влиянием Proteus vulgaris и др. микробов, но и при брожении клетчатки, как это следует из данных Омелянского, описавшего так называемое водородное брожение клетчатки, вызываемое бактерией Bacillus fermentationis cellulosae. При этом виде брожения водорода образуется довольно много. Есть и другой случай образования H2S за счет сульфатов и при том прямым воздействием одной бактерии Spirillum desulfuricans, как это показал Beyerinck. Она разлагает сульфаты и выделяет H2S. Влияние кислорода на сероводородное брожение являлось также предметом повторного исследования несколькими учеными. Так, Petri и Massen высказались в пользу того, что лучше всего процесс сероводородного брожения идет в условиях анаэробиоза. Из данных Petri и Massen’a, Надсона и др. авторов естественным является тот вывод, что кислород не влияет на сам процесс образования H2S при помощи С. микроорганизмов, а действует лишь на сам H2S и, следовательно, на выделение его в свободном состоянии, окисляя известную часть этого газа в серную кислоту. Таким образом, на воздухе H2S выделяется меньше, чем в анаэробных условиях. Сложность процесса сероводородного брожения, как совокупности нескольких биохимических процессов, помимо указанного гниения органических веществ, белков и клетчатки, а также восстановления сульфатов, как косвенно, так и прямым путем, заключается еще и в дальнейшем воздействии освобождающегося H2S на окружающую среду. Сероводород, встречаясь в воде и на дне озер, морей и океанов с сернокислыми солями, восстанавливает их и дает сернистые металлы. В виду этого он играет громадную роль в образование верного ила или лечебной грязи. Еще английская экспедиция Челленджера (корабль «Challenger» 1872—76) показала, что отложения черного ила опоясывают подножие континентов на громадном протяжении. W. Thomson и J. Murray исчисляют площадь, занятую этим илом, в 14500000 кв. миль. Такой же ил отлагается в большом количестве на дне озер и морей; из него же состоит и целебная черная грязь озер и лиманов. Условия образования его везде одни и те же. Черный цвет этого ила или грязи объясняется нахождением в нем большого количества сернистого железа. Образование ила может быть объяснено благодаря трудам Вериго, Надсона и др. ученых следующим образом. В падающих на дно океанов, озер и морей осадках, состоящих из трупов животных и растений, мы встречаем целый ряд С. микробов, могущих жить как при доступе воздуха, так и в анаэробных условиях. Эти микробы (бактерии и грибы главнейшим образом) разлагают упомянутые осадки с выделением H2S и NH3. Сероводород, встречаясь с солями железа, вступает с ними в реакцию обменного разложения, в результате чего получается, в присутствии NH3, коллоидальный гидрат сернистого железа. В силу своих химических и физических свойств, изученных Вериго и Надсоном, а также др. авторами, этот коллоидальный гидрат пронизывает собой всю песчано-глинистую массу грязи, придавая ей тем самым своеобразный обычный и общеизвестный вид лечебно грязи, ила. Помимо реакции с солями железа, сероводород и аммиак, выделяющиеся при сероводородном брожении, вступают очевидно и с другими веществами, как из воды морей, озер и океанов, так и из осадков этих вместилищ в химическое взаимодействие и дают еще целый ряд новых веществ. Все изложенное подтверждает, что процесс сероводородного брожения есть сложный биохимический процесс, первыми стадиями которого являются разрушение органических веществ и восстановление сульфатов с образованием H2S как основного продукта, характеризующего сам процесс, а последующими стадиями служат те химические реакции и их продукты, которые возникают между H2S и веществами окружающей его среды. Большее или меньшее выделение H2S и NH3 при С. брожения зависит от совокупности как внешних условий — условий состава и давления той среды, в которой живут С. микробы, так и от внутренних условий, кроющихся в протопластах самих С. микробов. Известно, что некоторые С. микробы (напр холерный вибрион) в молодом возрасте культур выделяют больше H2S, чем в старом возрасте, а, кроме того, дегенерируясь, дают расы, которые временно или совсем теряют способность выделять H2S, а также и NH3. Эти вопросы еще недостаточно изучены. Таким образом, процесс сероводородного брожения ставит всегда первостепенными следующие вопросы для изучения: 1) отщепляется ли H2S непосредственно от органических соединений, или в образование этого газа играет роль Н, образующийся при гниении и in statu nascendi соединяющийся с S белков и восстанавливающий сульфаты. 2) Могут ли сульфаты, а конечно и сульфиты служить вообще для С. микробов непосредственно источником образования H2S. 3) Какова роль О при различных условиях С. брожения? 4) Чем, или вернее, совокупностью каких условий, объясняется массовое С. брожение в определенных местностях земного шара? 5) От каких внутренних условий, кроющихся в самих протопластах микробов, зависит большая или меньшая способность их к выделению H2S. Метод открытия H2S, выделяемого микробами, очень прост. Сероводород легко обнаружить в пробирных культурах С. микробов при помощи полосок фильтровальной бумаги, предварительно повторно смоченных раствором свинцового сахара и обработанных, кроме того, углеаммиачной солью, а затем высушенных. Полоски такой реактивной бумаги вставляются в пробирку с культурой между стеклом и ватной пробкой. В зависимости от большего или меньшого количества выделяющегося при брожения H2S, бумажки эти чернеют с различной интенсивностью. Stagnitta-Balistreri установил даже шкалу, по которой можно определять приблизительные количества выделенного H2S по цвету бумажки:

Запах H2S чувствуется только тогда, когда в колбе находится 3,1 mg. Поэтому свинцовая проба является более чувствительной. Массовое С. брожение в России легко наблюдать и изучать в одесских лиманах, в Сиваше, в Царскославянских (Вейсово и Репное) озерах, Сакских озерах, по берегам Балтийского моря и в некоторых других местах.

Литература. Д. К. Заболотный, «Сероводородные и серные бактерии и их роль в природе» («Русский Архив Подвысоцкого», 1896); Г. А. Надсон, «Микроорганизмы как геологические деятели. I. О сероводородном брожения в Вейсовом соляном озере» (СПб., 1903). В этих двух работах приведена вся литература вопроса, разбросанная во многих иностранных и русских изданиях.

.

ЭСБЕ:Биология
ЭСБЕ:Химия