Санитары биосферы

Юрий Елдышев, заместитель главного редактора журнала «Экология и жизнь»

С каждым днем все больше экспертов считают, что именно биотехнологии становятся символом могущества современной науки, воплощением достижений цивилизации. Только что у побережья Пакистана затонул танкер с десятками тысяч тонн нефти. Животному миру и побережью Аравийского моря нанесен огромный ущерб. Биотехнологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды в состоянии предотвратить такие потери.

Нефтью и нефтепродуктами сегодня загрязнена даже Антарктида. В России же вообще добыча, транспортировка и переработка нефти воспринимаются как страшная угроза живой природе. И не без оснований – в Западной Сибири, где сорок лет назад начали осваивать крупнейшие месторождения, на огромных территориях нефть уничтожила все живое.

Проблема оказывается в центре внимания СМИ, когда случаются крупные разливы (аварии танкеров, разрывы нефтепроводов). Но проходит время, это перестает быть новостью, и о «нефтяной угрозе» биосфере благополучно забывают, хотя покрытые нефтяной пленкой акватории, пляжи или участки тайги не восстановятся и через десятилетия. На автозаправочных станциях, аэродромах, военных базах (точнее, под ними) все чаще находят огромные «линзы» нефтепродуктов. Загрязнения нефтепродуктами крайне опасны, ибо некоторые их компоненты, в частности полиароматические углеводороды, весьма токсичны (канцерогенны) и разрушаются крайне медленно.

Бороться с загрязнением окружающей среды, как оказалось, могут микроорганизмы. Они эффективнее любых других живых существ превращают сложные соединения в простые. Для микробов это просто процесс питания – использование сложных органических соединений в качестве источников азота, углерода, фосфора и т.д. Сложные соединения служат пищей, а простые поступают в биосферу, участвуя в знакомом со школы цикле органических соединений. Но микроорганизмам приходится иметь дело и с новыми для них соединениями, которые прежде были надежно спрятаны в тайниках планеты, скажем, глубоко под ее поверхностью. Так произошло и с нефтью, которую «вытащили» на поверхность. С каждым днем в биосферу попадают все новые синтетические органические соединения, которых никогда не было в природе. И микробы не только демонстрируют фантастическую способность к их переработке, но и непрерывно эволюционируют. И здесь специалисты возлагают надежды на микроорганизмы, полученные методами генной инженерии и обладающие нужными свойствами. Однако общество боится гипотетических рисков генной инженерии, в том числе и «выведенных» с ее помощью микроорганизмов. Кстати, далеко не все генетически модифицированные микроорганизмы – продукты генной инженерии: они прекрасно обмениваются генами и в природе.

Что ж, в биотехнологии, как и в любой новой технологии, никогда не будет гарантии нулевого риска. Просто современные знания позволяют ученым утверждать, что микроорганизмы можно с успехом применять для очистки многострадальной природы от токсичных соединений.

Преимущество микроорганизмов при очистке от нефтепродуктов удалось продемонстрировать в 1989г., когда танкер «Валдиз» компании «Экссон» наткнулся на риф у побережья Аляски. В море вылилось около 40тыс.т нефти, загрязнившей 2тыс.км побережья. Это было самым значительным загрязнением за всю историю США, и произошло оно в одном из самых чистых уголков Земли. Погибли: 1млн птиц, 95% тюленей, 75% участков обитания лосося на Аляске были загрязнены.

Ликвидация последствий катастрофы обошлась в 2млрд долл. К механической очистке побережья привлекли 11тыс. рабочих и дорогое оборудование. Параллельно для очистки берега в почву внесли азотное удобрение, способствовавшее развитию природных микробных сообществ. Это в 5 раз ускорило разложение нефти. В итоге загрязнение, последствия которого, по расчетам, сказывались бы и через 10 лет, в основном устранили за 2 года. Затраты на биоочистку не превысили 1млн долл.

Однако микробам и самим нужна помощь. Скажем, им предстоит разлагать углеводороды нефти, но для улучшения «аппетита» им не хватает, например, азота, фосфора или кислорода (нефтяная пленка может перекрыть доступ кислорода). Значит, нужно снабдить их тем, чего им недостает: кислородом и влагой, вспахав и полив землю. Используют и биопрепараты на основе микроорганизмов, разлагающих различные углеводороды. Их запахивают в почву или распыляют в виде водных суспензий. Наконец, третий подход, который выглядит наиболее перспективным, – совместное использование растений и микроорганизмов. Растения помогают микроорганизмам, снабжая их корневыми выделениями, содержащими нужные питательные вещества, а микробы, в свою очередь, помогают растениям усваивать те вещества, которые без них растениям усвоить было бы нелегко. Дополнительная работа, как правило, невелика – семена просто опыляют биопрепаратами. На прорастающих семенах начинают развиваться микроорганизмы, и у них гораздо больше шансов обосноваться на корнях растений, чем у конкурентов. Многие растения эффективно аккумулируют тяжелые металлы, «высасывая» их из почвы. Микроорганизмы сделать это не могут, хотя зачастую способствуют поглощению токсинов. Система «микробы – растения» очищает почву и от органики, и от тяжелых металлов. Так очищали почвы и от мышьяка и других токсичных соединений.

Этот подход к очистке окружающей среды быстро развивается. При рассеянных загрязнениях (нефтепродукты, пестициды, тринитротолуол, которым загрязнены многочисленные полигоны и стрельбища) ему просто нет альтернативы. Выяснилось, что и растения перерабатывают органические соединения (прежде это считалось невозможным). Все чаще и химические средства защиты растений заменяют микробиологическими, используя вместо ядохимикатов микроорганизмы, стимулирующие рост растений и защищающие их от болезней и вредителей.

В отличие от промышленной биотехнологии, где все параметры технологического процесса строго контролируются, при использовании микробов для очистки окружающей среды такой контроль затруднен. Это всегда «ноу-хау», своего рода искусство, которое предполагает не только высочайшее мастерство, но и особый дар. Поэтому бороться с нефтяными разливами должны не подразделения МЧС, военные или добровольцы с мешками и лопатами, а специальные структуры, созданные при всех компаниях, занимающихся добычей, транспортировкой или переработкой нефти. Если компания не в состоянии гарантировать, что способна самостоятельно справиться с любой аварией, которая может возникнуть в процессе ее деятельности, ей нельзя работать с нефтью. Это требование может показаться слишком жестким, но только его беспрекословное выполнение оставляет надежду на то, что мы сумеем победить нарастающее загрязнение биосферы, а не оно нас.