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:

6,2 mg. H₂S дает блестящий сильно-черный цвет.

3 " " " черную окраску.

1,2 " " " черноватую окраску

0,3 " " " коричневую окраску

0,03 " " " слабо-коричнев. окраску

0,01 " " " еле заметное изменение цвета бумаги.

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.

И. Л. Сербинов.