Наш учёный обнаружил новый, ранее не известный, процесс преобразования неорганических веществ в органические при помощи энергии окисления. За основу Виноградский взял серобактерии, в естественной среде живущие в океане на огромной глубине. Это стало прорывной идеей того времени, что значительно расширило область микробиологических исследований.

Вклад Сергея Виноградского ценится до сих пор, а его труды применяют в различных исследованиях по всему миру. Так, американский микробиолог и нобелевский лауреат Зельман Ваксман высоко оценивал работы нашего учёного и даже написал о нём книгу «Жизнь великого микробиолога». 

Открытие хемосинтеза имеет фундаментальное значение для науки. С его помощью специалисты во всём мире получили возможность создавать системы очистки сточных вод, изучать образование полезных ископаемых, почву и строение земной коры.

Хемосинтез простыми словами

Открытие хемосинтеза перевернуло представление о микробиологии как науке и придало ей новый вектор развития. Возможности учёных значительно расширились и вместе с тем появились новые области исследования, ранее не доступные специалистам.

Обнаружение хемосинтеза произошло благодаря исследованиям русского учёного Сергея Николаевича Виноградского. Он является исключительной личностью в области естествознания, а его фундаментальные открытия продолжают влиять на современную научную мысль вот уже более 100 лет. 

Заниматься исследованием Виноградский начал в 1887 году. Тогда он впервые изучил серобактерии и наметил их физиологические свойства. При помощи лабораторных условий, предметного стекла и сероводородной воды микробиологу удалось зафиксировать ряд изменений в бактериях Beggiatca. 

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Виноградский выяснил, что серобактерии окисляют сероводород, а тот в свою очередь превращается в серную кислоту. При этом, если исключить серу из клетки, через несколько дней она погибнет. Таким образом, учёный сделал вывод, что процесс окисления является единственным источником энергии, позволяющим бактериям существовать. Через несколько лет, в 1890 году, Виноградский установил процесс хемосинтеза у нитрифицирующих бактерий количественным опытом. Исследования и вовсе показали негативную реакцию на органические вещества: этот тип бактерий имел похожие с серобактериями свойства.

Открытие хемосинтеза стало революционным в области естествознания и микробиологии. В конце XIX века оно казалось ошеломительным, а Виноградскому приходилось многие месяцы проводить в лаборатории, наблюдая за реакциями бактерий. Русскому учёному удалось заложить основы научной мысли, которые позже использовали западные учёные. Например, американский учёный Корнелис ван Ниль только спустя 50 лет после открытий Виноградского сумел выделить чистую культуру пурпурной серобактерии.

Стоит отметить, что новые бактерии, обнаруженные Виноградским, входят в огромную экосистему и составляют важную её часть. С развитием науки специалисты научились наиболее точно применять хемосинтезирующие бактерии в реальной жизни. 

Применение бактерий хемосинтеза в жизни:

1.  Железобактерии. Это важные микроорганизмы, которые участвуют в образовании залежей железных руд.
   
2.  Водородные бактерии. Способны окислять водород до воды, поэтому их применяют в очистке сточных вод на водоочистительных станциях. 
   
3.  Серобактерии. Окисляют сероводород до свободной серы, а затем до серной кислоты. Живут на большой глубине в океанах, составляют важную часть экосистемы. Являются продуцентом первичного органического вещества.
   
4.  Нитрифицирующие бактерии. Окисляют ионы алюминия, который находится в почве. Участвуют в круговороте азота и повышают плодородие почвы. 

Мировое значение открытия хемосинтеза

Хемосинтез является одним из древнейших процессов, имеющих основополагающее значение в экосистеме. Наравне с фотосинтезом он участвует в питании, при этом не задействуя солнечный свет. 

Открытие этого процесса на рубеже веков стало научной находкой, перевернувшей представление о микробиологии. Учёные по всему миру получили возможность изучать новые процессы благодаря трудам русского учёного Сергея Виноградского. 

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Фундаментальную работу Виноградского высоко оценивал американский микробиолог Зельман Ваксман, он восхищался прорывным открытием хемосинтеза и даже написал о русском учёном книгу. А французский учёный Пьер Эмиль Ру предложил Виноградскому создать при институте Пастера отдел сельскохозяйственной биологии. 

Основываясь на материалах Сергея Николаевича, специалисты установили уникальное расположение хемосинтезирующих бактерий, которые живут на огромных глубинах в океане и образуют гидротермальные оазисы. Специалисты по всему миру до сих пор продолжают изучение этого удивительного процесса. По их утверждениям, хемосинтез может поддерживать жизнь не только на Земле, но и на Марсе с Юпитером. 

Популярные вопросы

Вопрос: Кто открыл хемосинтез?

Ответ: Открытие хемосинтеза произошло благодаря исследованиям русского микробиолога Сергея Виноградского. Он изучал серобактерии долгие месяцы, вёл кропотливые наблюдения и вывел определённые закономерности, которые впоследствии помогли обнаружить процесс превращения неорганических веществ в органические с помощью окисления. 

Вопрос: Чем хемосинтез отличается от фотосинтеза?

Ответ: Это два принципиально разных процесса преобразования неорганических веществ в органические. В фотосинтезе это происходит при помощи влияния солнечного света, для хемосинтеза это условие не важно, ведь результат достигается через окисление неорганических веществ.

Колонна Виноградского, изобретенная ученым в 1880 году, представляет собой герметичный прозрачный сосуд, наполненный водой, илом, химическими элементами и микроэлементами. В результате протекающих в колонне процессов жизнедеятельности микроорганизмов, в ней формируется несколько градиентных уровней. На каждом из них развиваются и проживают целые популяции бактерий разных видов.

Колонна Виноградского стала прорывом в микробиологии  и дала ученым всего мира новейший универсальный инструмент для изучения бактериальных форм жизни. Благодаря гениальному изобретению Виноградского исследователи могут проводить анализ микрофауны различных водоемов, разрабатывать методы их очистки и выяснять, как ведут себя те или иные бактерии в разных средах и условиях. 

Даже сегодня, в XXI веке, это изобретение русского химика остается неотъемлемым атрибутом в работе биолабораторий по всему миру.

Русский ученый Сергей Виноградский сделал огромный вклад в развитии микробиологии. Его открытия полностью изменили представление о том, как живут и развиваются микроорганизмы, а его трудами зачитывались ученые по всему миру. 

Одним из первых – и наиболее известных – изобретений Виноградского стала колонна, в которой можно выращивать целые штаммы бактерий и следить за их развитием.

Что такое колонна Виноградского

Колонна является не столько материальным изобретением, которое можно выставить в музее, сколько технологией, принципом, с помощью которой любой ученый – и даже простой любитель биологии – может построить собственную колонию микроорганизмов.

Эта технология представляет собой вертикальный прозрачный сосуд, наполненный илом, водой и различными химическими элементами. В совокупности под воздействием солнечного света внутри устройства протекают микробиологические процессы, которые приводят к возникновению отличных друг от друга сред обитания, в которых происходит рост бактериальных колоний разных видов.

Из чего состоит колонна 

Вертикальный сосуд на треть наполняется смесью речного ила и воды. К ней добавляют источники таких элементов, как углерод, карбонат и сульфат кальция, а также серы. Понадобятся и микроэлементы вроде цинка, железа, магния и так далее. 

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Несмотря на кажущуюся сложность, собрать колонну Виноградского в домашних условиях весьма просто. Если с илом все понятно, то углерод можно добыть из обрывков газет, карбонат кальция в избытке содержится в яичной скорлупе, а яичный же желток предоставит бактериям достаточно микроэлементов. Сульфат кальция, в свою очередь, можно получить из строительного гипса. Причем непосредственно «извлекать» элементы из вышеперечисленных предметов обихода не нужно – достаточно смешать это все в сосуде и подставить под солнечный свет.

В результате, «настоявшись» в течение несколько недель, а то и месяцев, колонна Виноградского станет домом для целой популяции разнородных бактерий.

Что происходит внутри

В зависимости от добавленных микроэлементов, в процессе инкубации бактерии внутри колонны создадут так называемые «градиенты», то есть переходящие зоны с разным содержанием кислорода и сульфида.

Отследить градиенты достаточно просто – содержимое колонны начнет окрашиваться в разные цвета, отвечая содержанию тех или иных бактерий в этой «области».

Происходит это вследствие жизнедеятельности тех или иных микроорганизмов. Так, одни бактерии начнут производить углекислый газ. Другие, в свою очередь, превратят его в кислород – он будет подниматься в верхние уровни колонны, где им будут дышать аэробные микробы. Они будут производить сероводородные соединения, которые будут спускаться на дно колонны, где другие бактерии будут ими «питаться», восстанавливая серу – она будет попадать на верхние слои, где будет окисляться цианобактериями и снова превращаться в сероводород.

Таким образом, жизнь в колонне поделится на несколько «этажей». Наверху будут жить цианобактерии, дышащие кислородом, а на самом дне – анаэробные микроорганизмы, которые будут перерабатывать спускающийся к ним сероводород в углекислый газ. Сформируется природный цикл, полноценная экосистема.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
В колонне Виноградского можно вырастить самые разные виды бактерий. Например: анаэробные Clostridium, бациллы и Desulfovibrio, и аэробные Rhodospirillum, Rhodopseudomonas и серные бактерии. Примечательно, что разные группы бактерий называют определенным «цветом». Так, на самом дне пробирки живут зеленые и пурпурные и черные микробы, в то время как наверху – цианобактерии (циан – голубой). 

Зачем нужна колонна Виноградского

Колонна Виноградского, несмотря на ее замкнутость, нужна для выделения той или иной разновидности бактерий для ее последующего изучения. После того, как процесс инкубации в сосуде завершится, ученые могут извлечь нужную популяцию и провести соответствующие исследования.

Также ученые могут воспроизвести химико-биологические условия реки или пруда, из которого взят ил и вода, чтобы выяснить, какие микробы там водятся.

Кроме того, добавляя разные микроэлементы, ученые могут влиять на то, какие микроорганизмы в колонне получат наибольшее развитие. Это полезно не только для выведения нужных популяций бактерий, но и для выяснения того, как поведет себя микрофауна того или иного водоема при добавлении в него различных химических элементов и соединений.

Таким образом, изобретение русского химика может применяться для следующих целей:

•  Изучение метаболического разнообразия микробов;
  
• Изучение работы экосистем микроорганизмов, «экологической преемственности»;
•  Выведение новых популяций бактерий и обогащение уже имеющихся колоний;
  
• Биоремедация, то есть способ очищения водоемов с помощью метаболических процессов проживающих в нем микроорганизмов;
  
• Изучение экосистем того или иного водоема, выявление факторов влияния внешней среды на популяции бактерий.

Популярные вопросы

Вопрос: Из чего состоит колонна Виноградского?

Ответ: Из образцов воды и ила, взятых из водоема, а также химических элементов и микроэлементов.

Вопрос: Для чего нужна колонна Виноградского?

Ответ: Она используется для анализа микрофауны различных водоемов, разработки методов их очистки и выяснения, как ведут себя те или иные бактерии в разных условиях.