Szunnyadó mikrovilág

Egy alapvető talajbaktérium, az Azotobacter chroococcum téli élete.  Ahogy a szervetlen világ szabad szemmel nem látható elemekből épül fel, úgy a szerves világ is láthatatlan élőlényeken alapul.

Ráébredve erre a tényre, a mezőgazdaságban olyan megoldások kidolgozásába kezdtek bele, melyek eredményeként mára eljutottunk a baktérium alapú trágyázásig. Az élő szervezetekkel való trágyázás viszont felveti annak kérdését, mi történik ezzel a sok milliárd apró lénnyel télen, a hőmérséklet csökkenésekor?

Mindenekelőtt pontosítsuk, hogy mit értünk mikroorganizmusok alatt. Mikroorganizmusoknak tekintjük az akarióta (nem sejtes) szerveződésű vírusokat, a prokarióta (már sejtes) felépítésű élőlényeket (főként a baktériumokat) és az egysejtű eukarióta (sejtmaggal is rendelkező) gombákat, algákat és protozoákat.

A bioszféra részei (talaj, levegő, víz) közül a mikroorganizmusok legjellemzőbb közege a talaj. Magáért beszélő számadat, hogy egy gramm átlagos termőtalajban 100 millió baktérium, 16 millió sugárgomba, 100 ezer gomba, 50-100 ezer alga és 10 ezer protozoa (egysejtű állat) található. Ezt az adatot, azaz a mikroorganizmusok egyedszámát, valamint elterjedését és aktivitását abiotikus (élettelen) és biotikus (élő) tényezők határozzák meg.

Abiotikus változók a nedvesség, a hőmérséklet, a fény, az ozmotikus nyomás, a felületi feszültség, az oxigén, a vegyi anyagok, a tápanyagok és a pH. A biotikus változók a mikroorganizmusok egymással és a magasabb rendű szervezetekkel való kapcsolatából adódónak, hiszen a mikrobák természetes körülmények között különféle társulásokat alkotnak.

Tekintve, hogy a cél a mikrobák téli viselkedésének áttekintése, az egyszerűség kedvéért a felsorolt befolyásoló tényezők közül csak a hőmérséklettel foglalkozunk. Mindezt annak tudatában tesszük, hogy az egyes tényezők hatása egymástól nem elválasztható (kézenfekvő példa erre a nedvesség és a hőmérséklet összefüggése).

Mint minden élő szervezet, a mikroorganizmusok is csak bizonyos hőmérsékleti határok között életképesek. S természetesen e tényező tekintetében is hasonlóan differenciált fajgazdagság jellemző rájuk, mint az eltérő égövi viszonyokhoz alkalmazkodó „látható” élőlényekre (például a fás növényekre).

A mikroorganizmusok működése a hőmérséklet tekintetében egy minimum és egy maximum érték között mozog, és egy bizonyos intervallumban optimális.

Ezek alapján három csoportot lehet felállítani: opt. oC min. oC max. oC

• Pszichrofil (hidegkedvelő) 6 – 12 -12 25
• Mezofil (közepes hőkedvelő) 25 – 37 3 45
• Termofil (melegkedvelő) 45 – 55 30 70

A hőmérsékleti minimum felé közeledve a mikroorganizmusok intenzitása lelassul, majd működésük leáll, nyugvó állapotba kerülnek. Az alacsony hőmérsékletet a mikroorganizmusok jól viselik, károsodásuk inkább a lassú fagyasztás, illetve a kiolvadás során következik be, de a fagyott/felengedett állapotot elérve megmaradnak.

Ha nem így lenne, akkor tavasszal nem indulna be újra az élet. Nyilvánvaló, hogy fagyott közegben nincs szaporodás és anyagcsere sem, hiszen a tápanyagoknak oldatban kell jelen lenniük. A magasabb hőmérsékletet már nehezebben bírják a mikrobák, e tulajdonságukat a fertőtlenítési eljárások során a hétköznapi életben ki is használjuk, hiszen a legtöbb mikroorganizmus már elpusztul azon a hőmérsékleten, amin a vulkanikus hőforrásokban tenyésző Pyrococcus furiosus (melynek optimuma 100 oC) még vígan él.

Továbbá egy adott mikroorganizmus környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képességét, így hőrezisztenciáját is erőteljesen befolyásolja, hogy képes-e valamilyen kitartó képletet (pl. spórát) létrehozni. Nézzünk meg közelebbről egy konkrét faj viselkedését. Legyen ez a nitrogén körforgásában meghatározó, így a talajtáplálásban, a baktérium alapú trágyázásban alapvetően fontos baktérium, az Azotobacter chroococcum. A nitrogén az élet nélkülözhetetlen makroeleme: aminosavak, fehérjék, nukleinsavak és nukleotidok, továbbá a klorofill alkotórésze.

Éppen ezért a legfontosabb szerepet tölti be a mezőgazdasági tápanyag-utánpótlásban is. Az összetett folyamatú nitrogén körforgásban az Azotobacter a légköri nitrogén fixálásában játszik szerepet. A gáz halmazállapotú N2 megkötésére szabadon és szimbiózisban élő baktériumok egyaránt képesek.

Az Azotobacter chroococcum aerob (azaz kizárólag oxigén jelenlétében életképes) szabadon élő nitrogénkötő baktérium. Pontosan ezen tulajdonságai miatt használható fel trágyázásra: a korlátlan mennyiségben (és ingyen) rendelkezésre álló légköri nitrogént alakítja át; könnyen kijuttatható, hiszen csak a levegőn életképes; továbbá szabadon él, így nem függ más élőlényektől.

Ez a mezofil tulajdonságú, ovális alakú, 2–6 μm méretű (a mikrométer a mm ezredrésze; egy hajszál 0,05–0,2 mm, azaz 50–200 μm vastagságú) baktérium a hazai talajok szinte mindegyikében előfordul, leginkább párosával, esetleg kisebb „csomag” alakban, vagy láncszerűen. A kolóniáikat nyálkás burok (tok) veszi körül, mely a sejt első védelmi vonala.

Az Azotobacter chroococcum érdekessége, hogy kedvezőtlen körülmények között (tápanyaghiány, kiszáradás) nem spórát, hanem cisztát képez. A cisztaképzés egyszerűbb folyamat, mint a spóraképzés, a lényege viszont ugyanaz: az örökítő anyag (DNS) védett burokban való elhelyezése.

Kedvező körülmények között aztán a ciszta kicsírázik, a baktérium újra életképes lesz. Mindezek ismeretében adódik a kérdés: ha a baktériumok kevésbé tevékenyek a hidegben, akkor miért lehet/kell ősszel

Továbbá egy adott mikroorganizmus környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képességét, így hőrezisztenciáját is erőteljesen befolyásolja, hogy képes-e valamilyen kitartó képletet (pl. spórát) létrehozni. Nézzünk meg közelebbről egy konkrét faj viselkedését. Legyen ez a nitrogén körforgásában meghatározó, így a talajtáplálásban, a baktérium alapú trágyázásban alapvetően fontos baktérium, az Azotobacter chroococcum. A nitrogén az élet nélkülözhetetlen makroeleme: aminosavak, fehérjék, nukleinsavak és nukleotidok, továbbá a klorofill alkotórésze.

Éppen ezért a legfontosabb szerepet tölti be a mezőgazdasági tápanyag-utánpótlásban is. Az összetett folyamatú nitrogén körforgásban az Azotobacter a légköri nitrogén fixálásában játszik szerepet. A gáz halmazállapotú N2 megkötésére szabadon és szimbiózisban élő baktériumok egyaránt képesek.

Az Azotobacter chroococcum aerob (azaz kizárólag oxigén jelenlétében életképes) szabadon élő nitrogénkötő baktérium. Pontosan ezen tulajdonságai miatt használható fel trágyázásra: a korlátlan mennyiségben (és ingyen) rendelkezésre álló légköri nitrogént alakítja át; könnyen kijuttatható, hiszen csak a levegőn életképes; továbbá szabadon él, így nem függ más élőlényektől.

Ez a mezofil tulajdonságú, ovális alakú, 2–6 μm méretű (a mikrométer a mm ezredrésze; egy hajszál 0,05–0,2 mm, azaz 50–200 μm vastagságú) baktérium a hazai talajok szinte mindegyikében előfordul, leginkább párosával, esetleg kisebb „csomag” alakban, vagy láncszerűen. A kolóniáikat nyálkás burok (tok) veszi körül, mely a sejt első védelmi vonala.

Az Azotobacter chroococcum érdekessége, hogy kedvezőtlen körülmények között (tápanyaghiány, kiszáradás) nem spórát, hanem cisztát képez. A cisztaképzés egyszerűbb folyamat, mint a spóraképzés, a lényege viszont ugyanaz: az örökítő anyag (DNS) védett burokban való elhelyezése.

Kedvező körülmények között aztán a ciszta kicsírázik, a baktérium újra életképes lesz.

Mindezek ismeretében adódik a kérdés: ha a baktériumok kevésbé tevékenyek a hidegben, akkor miért lehet/kell ősszel (is) kijuttatni az A. chroococcumot is tartalmazó baktériumtrágyát?

Ennek több oka van. Egyrészt kevésbé tevékenyek ugyan, de fagypont körüli hőmérsékletig tevékenyek. Másrészt a nitrogénkötő baktériumoknak is tápanyagokra van szükségük a működéshez, ezért is kell beforgatni a tarlót, aminek az elbontására viszont – épp a hideg miatt – több időre van szükség, és a téli hónapok erre tökéletesen alkalmasak.

Harmadrészt tavasszal, mikor a földeken a felmelegedéssel párhuzamosan beindul a mikrobiális élet, a talaj állapota még nem megfelelő arra, hogy erőgépekkel rámenjünk. Összefoglalva elmondható, hogy a mikroorganizmusok jó része, így az Azotobacter chroococcum baktérium aktivitása a hideggel párhuzamosan lelassul, majd leáll, de túléli a telet, s a kedvező körülmények között újra aktivizálódik, és szaporodásnak indul. A fenti érvek miatt pedig az őszi kijuttatás igencsak indokolt.

Termelőként tehát nyugodtak lehetünk, jól döntöttünk: földjeink sok milliárd apró munkása békésen alussza téli álmát.