Типы метаболизма бактерий и экологическая роль микроорганизмов в биосфере
Изучение типов бактериального метаболизма выявило их функциональную роль в биосфере. Еще в 1671 г. А. Кирхер сообщал об огромном количестве очень мелких живых существ в почве, воде и гниющем материале. Много позже возник вопрос о роли микроорганизмов в этих экосистемах. В то время даже знаменитый физиолог растений Буссенго признавал лишь взаимозависимость животных и растений, без учета третьей стороны круговорота веществ - минерализации, или деструкции. Внимание к вопросу о роли «бесконечно малых» существ в круговороте веществ привлекли впервые Пастер и другие ученые того времени, в том числе Кон, де Бари и Брефельд. Открытие бактерий с новыми, экологически важными типами метаболизма стало возможным благодаря сельскохозяйственным исследованиям; например, существование бактерий-азотфиксаторов, нитрификаторов и денитрификаторов было теоретически предсказано на основе количественных измерений содержания азота в пахотных почвах.
Термин экология ввел немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919). Первоначально сформулированное как «наука о всесторонних отношениях организма с окружающей средой. . . » (1866), его определение остается почти без изменений (Hungate, 1962). Для использования в микробной экологии термины экосистема, природная среда, экологическая ниша, сообщество, биоценоз, пищевая цепь, пищевая сеть и микроокружение были модифицированы (Brock, 1966; Alexander, 1971). Кроме того, были уточнены некоторые термины для описания межвидовых взаимосвязей, таких как мутуалистические или антагонистические симбиозы (de Bary, 1878), ризосфера (Hiltner, 1904) и микориза (Frank, 1885), а также добавлены новые понятия - автохтонные и аллохтонные бактерии (С. Н. Виноградский, 1925), синтрофизм и межвидовой перенос водорода (Wolin, 1975). Эти термины отражают основные положения микробной экологии.
В то время почвенные бактерии изучали в основном после выделения в чистой культуре, чтобы установить их основной метаболизм и метаболические возможности, однако Виноградский и некоторые его ученики разрабатывали методы изучения бактерий іп situ, в их природных местообитаниях. После своего возвращения из Германии в С.-Петербург Виноградский продолжил микроскопические исследования различных типов почв. Вкладом русских ученых в микробную экологию стали также разработка Н. Г. Холодным (1882-1953) метода «стекол обрастания» и Б. В. Перфильевым (1891-1969) метода капилляров с плоскопараллельными стенками.
В своем труде «Микробиология почвы. Проблемы и методы» (1949) C. H. Виноградский особо отметил, что выводы‚ сделанные по лабораторным экспериментам, нельзя однозначно переносить на поведение тех же бактерий в их природных средах, так как лабораторные штаммы могут быть лишь «артефактами»‚ т. е. штаммами, приспособленными к определенным питательным средам, температуре, аэрации и перемешиванию. Соответственно этому он предостерегал против использования музейных штаммов как типовых для данного природного вида. Теории Виноградского в области почвенной микробиологии, в том числе об автохтонных и аллохтонных популяциях, остаются основой и для современных исследований.
