01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Сельское хозяйство
21 октября 2017
Подземные тайны бобовых

186 лет назад родился ученый, открывший поглощение азота из почвы

Чем бобовые отличаются от большинства других растений, какие галлы оказались не виноваты в появлении клубеньков на корнях гороха, кто разобрался в этом вопросе и за что принял вирусы его научный соперник, рассказывает рубрика «История науки».

Сверхспособности бобовых и итальянская галломания

К середине девятнадцатого века было понятно, что без удобрений долго существовать поля не могут. В истощающуюся почву приходилось вносить содержащую калий золу и азотные удобрения. Но одна группа растений – бобовые – выбивалась из общего правила. Тогда как пшеница и другие растения потребляли азот из почвы (по-немецки их за это называли Stickstofffreser, «поглощающие азот»), бобовые почему-то наоборот обогащали почву этим элементом (за что получили немецкое название Stickstoffsammler – «накапливающие азот»).

У бобовых есть свои особенности, но это никого не удивляло: в конце концов, это могло быть просто отличительным признаком группы. Например, странные вздутия на корнях. В научном сообществе эти вздутия, которые называют клубеньками, первым заметил и даже зарисовал в 1679 году талантливый анатом Марчелло Мальпиги.

4c59a2f882eab46966d12a4f515b4471358b85de
Марчелло Мальпиги

Этот ученый не только написал двухтомник по анатомии растений, который не устаревал еще сотню лет, но и обнаружил выделительные сосуды (названные в его честь мальпигиевыми) и трахеи у насекомых, вкусовые сосочки языка человека и много чего еще. Правда (возможно, потому, что любовь к насекомым придала ему некоторого энтомоцентризма) правильно охарактеризовать клубеньки бобовых Марчелло не сумел. Он решил, что эти наросты – галлы.

Здесь, конечно, он подразумевал не народ, покоренный римлянами, а вздутия на листьях, которые образуются из-за насекомых, откладывают личинок внутрь. Учитывая разнообразие галлов, принять за них клубеньки было нетрудно.

Химия для фермеров и культура в песке

Разобраться с непонятными клубеньками и азотными сверхспособностями смог немецкий агрохимик Герман Хелльригель. Он родился в семье саксонского фермера в 1831 году, но обычным фермером он не стал, а отправился грызть гранит науки сначала в школу в Гримма, а затем в сельскохозяйственную академию в Тарандте (где, кстати, Фридрихом Августом I открыл один из старейших в мире факультетов лесоводства).

Там молодой Хелльригель стал ассистентом в лаборатории профессора сельскохозяйственной химии и сельскохозяйственной техники Юлиуса-Адольфа Штекхардта (Stöckhardt), создателя первой в Саксонии лаборатории агрохимии и сельскохозяйственных опытных станций. Фармацевт по образованию, Штекгардт тем не менее всецело ушел в агрохимические исследования, давал фермерам консультации и даже читал для них открытые лекции по химии, раздавая бесплатно образцы почвы, семян и кормов. Он написал много статей в журнале Zeitschrift für deutsche Landwirthe («Журнал для германских фермеров»), а потом, когда его ассистент уехал, и вовсе стал депутатом саксонского парламента.

3ee209f31875c7871d55c97558d30231de43272f
Юлиус-Адольф Штекхардт

От своего научного руководителя Герман и «унаследовал» интерес к азотным удобрениям: здесь профессор не соглашался с великим химиком Юстусом Либихом, который считал, что поскольку в воздухе и так уже 78% азота, добавлять растению этот элемент в виде удобрений бессмысленно. Действительно, кажется странной невозможность получать элемент, которого вокруг так много. Однако позже выяснилось, что почти все растения не умеют усваивать азот из воздуха, и Штекгардт оказался прав.

Работая с Штекгардтом, Хелльригель защитил докторскую диссертацию в Лейпцигском университете в 1854 году и показал такие успехи, что через три года получил собственную опытную станцию в городе Даме, где проработал до 1873 года, занимаясь физиологией растений. Особенно его интересовало, как растения получают необходимые им химические соединения, поэтому он пробовал выращивать культуры в песке, через который протекает вода с разными питательными веществами. Он кропотливо изучил, как количество воды, тепла и разных удобрений влияет на урожайность многих сельскохозяйственных растений и изложил свои результаты в 800-страничном труде «Вклад в принципы естественных наук в сельском хозяйстве со специальным фокусом на агрохимическом методе песчаной культуры».

Нужен как воздух

В 1873 году Герман переехал в Анхальт и стал преподавателем и советником местного правительства по сельскохозяйственным вопросам, а в 1882 году создал собственную опытную станцию в Бернбурге, которую возглавлял до конца жизни. Там он продолжил свои изыскания и занялся бобовыми и свеклой вместе с ассистентом Германом Вильфартом, который когда-то защитил диссертацию по сульфобензамидам, поработал в химическом производстве, разочаровался и ушел в сельское хозяйство.

Роль клубеньков в азотфиксации (добывании азота из атмосферы) Хелльригель установил в 1886 году, а опубликовал работу два года спустя. В восьмидесятых ученые уже начали понимать, что клубеньки как-то связаны с накоплением азота, но одни считали их просто хранилищем этого элемента, а другие утверждали, что это место симбиоза корня и грибов.

Но Хелльригель понял, что дело в чем-то, содержащемся в почве и передающемся растениям. Также он предположил, что если это бактерии, то они должны погибнуть от нагревания. Бобовые растения были неспособны выжить в стерильных почвах, где не было бактерий, независимо от того, какие удобрения и в каких количествах им добавляли. Но когда к ним подсыпали сырой почвы, то наступало благоприятное «заражение», и растения начинали получать азот привычным для них способом. Выводы Хелльригеля были настолько важными для агрономов, что его доклад на конференции в 1886 году стал сенсацией и сорвал шквал аплодисментов.

Правда, за лавры этого открытия с ним может посоперничать голландец Мартин Бейеринк. Он «зашел» с другой стороны этого симбиоза – бактериальной, так как был известным микробиологом и стоял у самых истоков экологической микробиологии вместе со знаменитым русским ученым Сергеем Виноградским. Они впервые показали, как важна роль микроорганизмов в формировании плодородного слоя почвы.

240c199918d99787c36806613beb34fab79e4d3d
Мартин Бейеринк за работой (12 мая 1921 года)

Разные источники путаются и спорят, кто же, Бейеринк или Хелльригель, должен считаться первым, поскольку работали они практически одновременно. Дело было так: Хелльригель понял, что клубеньки – это и есть место, где происходит азотфиксация, а Бейеринк выделил и изучил занимающихся ею бактерий рода Rhizobium в 1888 году.

Что было потом

Позже, кстати, Бейеринк заинтересовался исследованием другой важной для сельского хозяйства (а как оказалось позднее, далеко не только для него) таинственных вирусов. Он провел эксперименты с фарфоровым фильтром, похожие на опыты Дмитрия Ивановского, и тоже не нашел никаких заражающих частиц. Вывод он сделал весьма оригинальный, решив, что вирусы – это «заразный раствор» (сontagium vivum fluidum). Правду наука узнала уже после его смерти (а вы можете прочитать об истории открытия вирусов подробнее в статье Indicator.Ru).

49f94d30562e2ec9461d08c3acef5f66d37ed6b3
Здание лаборатории в Делфте, где трудился Мартин Бейеринк. Там он создал целую научную школу микробиологов, которую назвали Делфтской

А что же стало с Хелльригелем? Герман не ограничился только изучением бобовых. Он много сделал для возрождения в Германии промышленного производства сахара из сахарной свеклы, которое сравняли с землей французы еще при Наполеоне, а потом «добили» англичане, не желавшие терять монополию (подробнее об этой истории мы уже рассказывали в статье о «сахарной войне» Наполеона). Родившийся через десять лет после смерти Франца Ахарда, основавшего первый в Германии сахарный завод, Хелльригель возглавил отделение по исследованиям сахарной свеклы и открыл собственный синдикат.

После смерти Хелльригеля в 1895 году дело его не было забыто: Герман Вильфарт пошел по его стопам и занялся изучением гнили, поражавшей сахарную свеклу, а также вопрос, сколько калийных удобрений нужно для разных культур, в работах цитируя и с почтением вспоминая своего учителя.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое