Биотехнология: что это такое? - Владимир Вакула

Согласитесь, перспективы весьма обнадеживающие.

Как подняться на вершину?

Груша из которой торчат обломки скалы

«На руку рудокопа опирается весь мир» — гласит английская пословица.

Пословица старая, а верна и поныне. Правда, с тех пор, как появилась она на свет, и мир несказанно изменился, и рука человека, добывающего руду, обрела поистине сказочную силу. Мощная современная техника служит сегодня горняку, исправно трудится на него в шахтах, рудниках и карьерах практически всех стран мира. В том числе и в СССР — одной из крупнейших горнодобывающих держав.

Добываем мы много, потому что потребности быстрорастущей индустрии, все решительней переходящей на новые, невиданные доселе технологии, поистине беспредельны. Ей требуется много, очень много металла.

Ибо «металлы, — как говорил еще Михаил Васильевич Ломоносов, — подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным, ими защищаются от нападения неприятельского, ими утверждаются корабли, и силою их связаны, между бурными вихрями в морской пучине безопасно плавают. Металлы отверзают недро земное к плодородию, металлы служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего... И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металла миновать не может».

Именно в силу своей супернеобходимости человечеству производство одних цветных металлов согласно данным статистики к 2000 году должно увеличиться во всем мире, по сравнению с тем, что производится сегодня, вдвое.

На много, уважительно скажет читатель, прочитав эти строки. Конечно. Но для того, чтобы получить такое количество металла, руды нужно добыть несравненно больше. И облегчить выполнение этой титанический задачи человечеству может все та же вездесущая микробиология, возможности которой в современном горном деле, прямо скажем, используются минимально. И только острый дефицит металлсодержащих руд заставил наконец специалистов если не всех, то многих стран мира подумать всерьез о перспективах, связанных с освоением ее методов. А они по самым, даже предвзято строгим оценкам весьма и весьма заманчивы.

Что же сулит горному делу, а стало быть и металлургии, использование микробиологических способов разработки полезных ископаемых?

В первую очередь значительное сокращение потерь всех видов металлсодержащего минерального сырья. А о том, насколько они пока еще велики, можно судить хотя бы по тому, что, несмотря на непрерывное совершенствование всех видов и способов подземной добычи, в недрах все же остается половина имеющейся там нефти и калийных солей, четверть угля, двадцать процентов железной руды.

Именно поэтому уже в ближайшем будущем добычная технология претерпит, вероятно, существенные изменения. Ну, скажем, такие: мощные машины станут выдавать на поверхность всю руду, по возможности ничего не оставляя под землей. Здесь после тщательной сортировки и обогащения — в том числе и с помощью биометодов — все полезные компоненты пойдут в дело. А пустая порода (не содержащая полезного компонента), частично используемая в качестве строительного материала, вновь отправится в рудник для заполнения образовавшихся после добычи пустот.

Есть у биотехнологии и еще один многообещающий «горняцкий» аспект применения. Речь идет о безотходной, наиболее полной добыче минеральных запасов, которых в земной коре становится все меньше и меньше. Ведь истощение подземных кладовых — печальная аксиома наших дней. А раз так, то разработчикам приходится все больше углубляться в недра, интенсивнее осваивать горные и пустынные районы, работать в тундре и тайге. Ну как здесь не вспомнить о биологических способах, еще недавно воспринимавшихся даже многими специалистами как экзотические, а потому и не рассматривавшихся в качестве альтернативных традиционным.

А зря. Так, в частности, при затоплении уже отработанных медных рудников водой микробы, живущие в горных породах, легко переводят соединения меди в раствор, из которого впоследствии она и выпадает в осадок. Стоит откачать воду — и медные рудники получают вторую жизнь, не менее активную, чем прежде.

С помощью бактерий уже извлекают железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и даже такие ценные элементы, как уран, рений, галлий, индий, таллий. Применение бактерий исключает в громоздкой (и очень дорогой) эксплуатации месторождений традиционным способом необходимость строительства мощных обогатительных фабрик и металлургических заводов.

Буквы в мусоре

Чем большее применение находят биометаллургические способы, тем большие возможности открывают они человеку. Взять хотя бы золото. Оно долгое время оставалось «равнодушным» ко всем видам бактерий и растворялось только в «царской водке» — смеси соляной и азотной кислот. Хотя зачастую в очень многих рудах этот благороднейший из металлов, пусть в самых незначительных количествах, но все же присутствовал. Ну, согласитесь, даже крупинку золота, и ту оставлять в недрах и отвалах, где хранится уже отработанная порода, было бы обидно. И что же?

Нашлись на «упрямое» золото свои бактерии. Их обнаружили в горных породах ученые Института микробиологии АН СССР. Правда, бактерии-старатели охотнее трудятся в уже разрыхленном массиве. Поэтому их колонии закачивают в предварительно отработанные пласты.

Но все эти хлопоты довольно быстро окупаются. И потому эпитет «экзотический», употребляемый еще совсем недавно применительно к геобиотехнологии, вероятно, заменится жизнью, и, думаю, очень скоро, на нечто более реалистическое. Так что если в недалеком будущем кто-либо из моих читателей встретит на газетных или журнальных страницах статью, скажем, под названием «Больше металла с гектара!», то, думаю, вряд ли удивится.

Да и чему тут удивляться? Ведь науке давно известны морские растения и животные, способные извлекать металл из морской воды и накапливать его в своих тканях. У берегов Японии, например, существуют довольно обширные плантации ванадийсодержащих водорослей. И японские металлурги успешно выплавляют сталь, в которой легирующей добавкой служит ванадий, добытый в буквальном смысле со дна морского.

Для извлечения из руд металлов бактерии использовались, как говорится, с незапамятных времен. Еще в XVIII веке в Испании умели извлекать медь из рудничных вод, вытекающих из подземных выработок. А в начале нашего века все в той же Испании на руднике Рио Тинто применялось выщелачивание (выделение) меди из бедных руд с помощью растворов. Впоследствии этот метод получил распространение в США, Канаде, Мексике и других странах, хотя сам механизм изменений, происходящих в рудных образованиях под воздействием жизнедеятельности бактерий, оставался для науки еще очень долго тайной «за семью печатями».

И только в 1922 году немецким ученым Ваксману и Иоффе удалось выделить из рабочего раствора микробиологическую культуру, способную добывать из руды чистый металл. А еще четверть века спустя Колмероном и Хинклем была получена другая культура из кислых шахтных вод.

Как выяснилось, оба вида этих микроорганизмов относились к так называемым тионовым бактериям, представляющим собой очень мелкие, величиной всего в микрон палочки, способные развиваться только в кислой среде. Для их жизнедеятельности не требуется никаких органических веществ. Они противопоказаны им природой от «рождения». А самая надежная гарантия от присутствия в окружающей среде органики, как известно, серная кислота. Вот почему бактерии этого вида отдают предпочтение кислым водам. К тому же таким бактериям противопоказано еще и ультрафиолетовое излучение. Так что в кромешной тьме земной тверди этот вид микроорганизмов является по сути дела своеобразным полпредом живой природы.

Но нас эти бактерии интересуют сейчас не с точки зрения необычности образа жизни, а с гораздо более прозаической и даже экономической. Ибо получение металла в больших количествах и как можно дешевле — главная причина использования их в металлопроизводстве.

Но микроорганизмов и в земле, и в воде очень много: в каждом грамме, в каждом кубическом сантиметре их миллионы. И каждая бактериальная клетка способна перерабатывать за сутки такое громадное количество вещества, что оно в десятки раз превышает ее собственный вес. Именно активная жизнедеятельность бактерий, добывающих энергию из «ничего», из мертвого неорганического материала, и обеспечивает колоссальный экономический эффект этому нетрадиционному способу переработки руд.

А ведь значение микроорганизмов в природном круговороте вещества до конца даже не осознано. Что же говорить об изучении? Их роль в формировании самого облика Земли не переоценить. Но облик — лишь то, что на поверхности, ближе к Солнцу, а что там, в подземном мире? Мог ли человек, «приручивший» огонь и электричество, могучую энергию весеннего половодья и вольного ветра, пройти мимо такой естественной силищи, как жизнедеятельность бактерий, не заинтересоваться ею?