Почвенная микробиология в трудах Давида Новогрудского

Журнал «Аграрный сектор» продолжает развивать актуальную тему современного земледелия – тему здоровья почвы, которая тесно связана с вопросами почвенной микробиологии. Общеизвестно, что состояние почвенной микрофлоры является одним из определяющих факторов плодородия. Ведь от того, как чувствуют себя в почве микроорганизмы, зависит успех или неуспех реализации различных агротехнологий, а в конечном счете – судьба урожая и его качества. Истины прописные, но многие специалисты сельского хозяйства не уделяют им должного внимания. Хотя именно работа почвенных микроорганизмов, этих бойцов невидимого фронта, является определяющей в вопросах круговорота веществ в почве, минерализации и гумификации органических остатков, обеспечения доступности элементов питания для растений.

Представляем материал о жизни и научном творчестве одного из корифеев советской почвенной микробиологии – Давида Моисеевича Новогрудского. Его судьба тесно связана с Казахстаном: в годы сталинских репрессий он отбывал заключение в Карлаге. Этот ученый оставил яркий след в аграрной науке. Из наиболее значимых его работ, написанных в Казахстане и изданных уже после его смерти, – первый том книги «Почвенная микробиология» (Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1956) и монография «Почвенный гумус и микробиологические факторы его образования» (Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1959).

Мы публикуем статью о Д. М. Новогрудском, которую прислали в нашу редакцию ученые из МГУ им. М. В. Ломоносова. Авторами материала являются доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии биологического факультета, ведущий научный сотрудник Музея землеведения МГУ Наталья Колотилова и старший научный сотрудник географического факультета, кандидат географических наук Марина Дорохова.

Начало пути

В 2018 году исполнилось 120 лет со дня рождения Давида Моисеевича Новогрудского (1898–1953), крупного отечественного ученого-микробиолога, талантливого человека с непростой и трагической судьбой. Значительный период его жизни и научной деятельности связан с Казахстаном.

Давид Новогрудский родился в Варшаве в небогатой еврейской семье. В 1914 году он окончил реальное училище в Варшаве и с 17 лет самостоятельно зарабатывал, главным образом за счет педагогической деятельности – преподавал естествознание в еврейских народных школах в Варшаве и Белостоке (1915–1920). В одной из них он познакомился с Анной Семеновной (1898–1980), ставшей впоследствии его женой. Оба – и Давид Моисеевич, и Анна Семеновна – мечтали о продолжении образования и стремились в советскую Россию. В 1920 году они ушли из Польши с отступающей Красной Армией, дошли до Минска, где в 1921–1924 годах Давид Новогрудский преподавал биологию в педагогическом техникуме и Центральной Партийной школе БССР. Разносторонняя педагогическая и политическая деятельность позволила ему значительно расширить эрудицию и углубить знания в области не только естествознания, но и общественных наук, что было особенно востребовано в первые годы Советской власти.

Давид Моисеевич и Анна Семеновна Новогрудские.

В 1924 году Новогрудские приехали в Москву и поступили на физико-математический факультет МГУ. Давид Моисеевич учился на биологическом отделении факультета, на только что созданной кафедре микробиологии, который окончил в 1929 году по специальности «микробиология». Руководителем его был профессор Е. Е. Успенский (1889–1938), альголог (альгология – раздел биологии, изучающий водоросли. – Прим. ред.), основатель кафедры микробиологии в МГУ.

В 1929–1932 годах Новогрудский заведовал лабораторией микробиологии Всесоюзного института каучука и гуттаперчи (ВНИКГ), где занимался вопросами разрушения микроорганизмами каучука и ряда других соединений.

Одновременно в 1930–1937 гг. он работал в Московском университете в должности ассистента, а затем доцента кафедры микробиологии, где читал курс «Почвенная микробиология» и руководил практическими занятиями. В 1932–1935 гг. он также возглавлял лабораторию изменчивости микроорганизмов в Микробиологическом институте Наркомпроса РСФСР.

С первых дней создания журнала «Микробиология» (1932) Новогрудский вместе с основателем журнала Е. Е. Успенским был ответственным редактором этого издания. Молодой, но уже сложившийся ученый активно участвовал в научной жизни страны, выступал на многочисленных конференциях и методических совещаниях, публиковал острые критические рецензии и статьи идеологического содержания.

В 1935 году Давид Новогрудский был приглашен академиком Г. А. Надсоном в Институт микробиологии АН СССР и возглавил в нем лабораторию (отдел) симбиоза и антагонизма микроорганизмов (позднее – Почвенный отдел). К этому времени он уже был автором более 20 научных и научно-критических статей. В 1936 году по совокупности работ ему была присвоена ученая степень кандидата биологических наук.

Сотрудники Почвенного отдела Института микробиологии АН СССР, 1937.

В период с 1929 по 1938 год Давид Моисеевич опубликовал более 20 научных работ, главным образом по почвенной микробиологии, которые поставили его в ряд ведущих специалистов в этой области. Его работы были посвящены как теоретическим, так и прикладным проблемам микробиологии.

Одним из направлений научных исследований ученого было изучение микроорганизмов-азотфиксаторов и механизма азотфиксации. К началу 30-х годов не было полной ясности как в вопросе о химизме и первичных продуктах азотфиксации, так и об условиях, тормозящих этот процесс в почве, о характере взаимоотношений организмов-азотфиксаторов с другими почвенными микроорганизмами. Давид Моисеевич внес существенный вклад в разработку этих проблем. В одной из первых своих работ, выполненной под руководством Е. Е. Успенского, он серией изящных экспериментов с использованием оригинального прибора для улавливания микроколичеств аммиака доказал образование аммиака как промежуточного продукта азотфиксации Azotobacter chroococcum и возможность его использования денитрификаторами в совместных c азотобактером культурах. Впервые им было показано влияние температуры культивирования и концентрации денитрификаторов в бинарной культуре на характер взаимодействия с азотобактером. Позже Новогрудским было установлено ингибирующее влияние анаэробных условий на процесс азотфиксации азотобактером в почве.

Д. М. Новогрудский был убежденным сторонником учения Ч. Дарвина и считал чрезвычайно плодотворным применение основных принципов этого учения к миру микроорганизмов. Он придавал большое значение исследованию внутривидовой изменчивости микроорганизмов, в частности в рамках проблемы образования новых видов и разновидностей у бактерий и экологии микроорганизмов. В этом отношении почвенная микрофлора к середине 30-х годов была изучена очень плохо. Работы, посвященные закономерностям морфологической и физиологической изменчивости бактерий в почвах, выполненные в этот период под руководством Давида Моисеевича, были пионерными в области экологии почвенных микроорганизмов. Их успеху способствовало то, что объектом изучения стали не коллекционные, а выделенные из почв разных природных зон штаммы бактерий. На примере Bacillus mycoides Flügge было показано наличие трех биотипов этого микроорганизма, различающихся по объему клетки на строго определенную величину и связанных между собой возможностью перехода одной формы в другую. Эти формы имели ряд морфологических и физиологических отличий, в разных почвах они встречались в разных соотношениях.

Ученый совет Института микробиологии АН СССР. 1937 г.

Важным направлением научных исследований Давида Моисеевича было изучение невидимых форм почвенных бактерий, имевшее большое теоретическое и практическое значение. К началу 30-х годов наиболее изученными бактериями, для которых были указаны невидимые формы, были патогенные (возбудители туберкулеза, дизентерии, тифа, холеры). В то же время имелись лишь единичные исследования вод на присутствие невидимых форм бактерий, а убедительных доказательств существования их в почвах не было. Не вполне ясна была и природа невидимых форм бактерий. Работы Д. М. Новогрудского и его сотрудников внесли заметный вклад в разработку этой темы. Были выявлены невидимые формы бактерий азотного цикла в почвах во все сезоны года и доказано их нахождение преимущественно в поглощенном почвой состоянии. Эксперименты с культурой азотобактера показали, что одной из причин образования невидимых форм является механическое повреждение клеток, а фильтрующиеся частички представляют собой «осколки» клеток азотобактера, утратившие способность к азотфиксации.

Пионерными были исследования антагонизма микробов в почве, выполненные под руководством Д. М. Новогрудского. Они имели не только теоретическое, но и большое практическое значение как научное обоснование биологических способов борьбы с микроорганизмами – паразитами растений. Были обнаружены бактерии, осуществляющие лизис фитопатогенных грибов, и предложен простой и надежный метод их выделения из почвы (метод «почвенных комочков») и с поверхности культурных растений. Под руководством Д. М. Новогрудского был разработан метод бактеризации семян культурных растений для борьбы с грибными заболеваниями, который к 1941 году был принят Министерством сельского хозяйства СССР к внедрению в производство.

В 1937 году Д. М. Новогрудский вплотную приблизился к выделению действующего вещества миколитических бактерий. Он сочетал дар ученого-теоретика и прекрасного экспериментатора. Его блестящие результаты научных исследований в период 1929–1938 гг. были во многом плодом оригинальных подходов к изучению почвенных микроорганизмов. Давид Моисеевич талантливо развивал принципы почвенной микробиологии, сформулированные великим русским микробиологом Сергеем Николаевичем Виноградским (1856–1953). Он, как и С. Н. Виноградский, был убежден в необходимости изучения почвенных микробов в их естественной среде обитания, в недопустимости механического перенесения выводов о функционировании микробов, сделанных на основании изучения чистых культур на искусственных средах, на природные процессы.

Новаторство его подхода к изучению почвенных микроорганизмов заключалось в непременном учете специфики почвы как среды их обитания. Так родилась не имевшая аналогов серия исследований адсорбции микроорганизмов почвой. На основании изучения микроорганизмов в жидкой и твердой фазах почв разных природных зон впервые были получены сведения о соотношении микроорганизмов в разных фазах почвы, об изменении их количественных показателей и состава в почвенных растворах разных генетических горизонтов почв. Благодаря этим работам были обнаружены сезонные различия в поглощении почвой микроорганизмов и значительно расширились представления об определяющих его факторах.

Д. М. Новогрудский стоял также у истоков изучения морфологии и функционального состояния микроорганизмов в почве. Под его руководством впервые были проведены динамические наблюдения за развитием трех видов бактерий в нестерильной почве в условиях лабораторного эксперимента. Результаты эксперимента не оставили сомнений в том, что в нестерильной почве морфология клеток бактерий, формы и длительность их развития могут сильно отличаться от тех, которые обычно обнаруживаются в культурах на искусственных питательных средах.

Итак, первый период (с 1929 по 1938 г.) самостоятельной научной работы Давида Моисеевича ознаменовался его крупными открытиями в области почвенной микробиологии и наметил основные направления ее развития в Советском Союзе на ближайшие десятилетия.

В годы сталинских репрессий

Печально знаменитые партийные «чистки» 1937 года не обошли стороной Институт микробиологии. Многие его сотрудники были репрессированы, в их числе – основатель и директор института академик Г. А. Надсон (расстрелян на расстрельном полигоне в Коммунарке под Москвой). В феврале 1938 года был репрессирован заведующий кафедрой микробиологии Московского университета Е. Е. Успенский (расстрелян в Коммунарке в октябре 1938 г.). Арестованный в те же февральские дни 1938 года Д. М. Новогрудский был сослан в Казахстан, в Карагандинский исправительно-трудовой лагерь (Карлаг ОГПУ), где вскоре начал работать на опытной сельскохозяйственной станции вблизи поселка Долинское.

Н. Баяндин, А. Дурасов, У. Успанов, М. Глазовская. 1950–1955 гг.

В составе ссыльных было много ученых самых разных профилей. Они проводили топографические, гидротехнические, почвенные, ботанические, метеорологические и другие исследования. Отрядом почвоведов и геоботаников руководил профессор С. А. Захаров. В составе ученых был профессор, доктор сельскохозяйственных наук, ботаник, растениевод и селекционер Л. А. Пельцих (1885–1971). В хозяйстве лагеря к 1941 году имелось 70 овцеводческих ферм, 45 ферм крупного рогатого скота, 20 огородных и 10 полеводческих участков.

В лагере была организована сельскохозяйственная опытная станция – научно-исследовательское учреждение, внесшее исключительный вклад в освоение почв Центрального Казахстана. Она располагалась в 3–4 км от поселка Долинское и включала полеводческий участок, плодовый сад, лабораторию и здания для сотрудников станции и их семей – саманные домики, отапливавшиеся зимой углем. Руководителями отделов сельскохозяйственной опытной станции в разные годы были: С. А. Вертелецкий, Д. С. Левнев, С. А. Архангальский (впоследствии академик ВАСХНИЛ), А. А. Корнилов (ученик Н. И. Вавилова), А. А. Зайцева (будущий лауреат Ленинской премии).

Дневной рацион тогда был таковым: хлеб (450 г), суп из различных круп, но в основном из ячменя и овса, такая же каша. Питание было двухразовым, хлеб выдавался один раз в день. Для работников сельскохозяйственной опытной станции подспорьем были овощи, фрукты и ягоды. Рабочий день летом в лагере продолжался 12 часов, зимой – 10 часов.

Давид Новогрудский был определен на сельскохозяйственную опытную станцию, по-видимому, в 1940 году и получил возможность заниматься научной работой. С 1945 года он трудился старшим научным сотрудником опытной станции и руководил лабораторией физиологии растений и микробиологии. В 1945 году к нему приехала семья – жена Анна Семеновна и двое детей, Елена и Феликс.

Одним из основных направлений научной работы лаборатории в 1938–1946 гг. было изучение роли разных категорий влаги для развития культурных растений в условиях полупустынь. Давидом Моисеевичем был разработан и внедрен в практику новый метод определения засухоустойчивости культур. Материалы исследований были подготовлены им к печати в виде монографии «К познанию водного режима однолетних злаков». О микробиологических работах лаборатории дают представление его публикации, вышедшие в свет в 1946–1947 годах. К середине 40-х годов в микробиологическом отношении почвы полупустынь и пустынь были очень слабо изучены. Прежде всего не было ясности в том, какие уровни влажности почвы обеспечивают протекание разнообразных микробиологических процессов в этих почвах. Для экспериментального изучения влияния влажности почвы на развитие и функционирование микроорганизмов существовавшие методики исследования не подходили. Давид Моисеевич разработал методику прямого наблюдения за развитием микроорганизмов на почвенных частицах при разном содержании воды в почве, соответствующем основным категориям почвенной влаги. Новая методика исследований основывалась на двух принципах – проращивания почвенной пыли по Н. Г. Холодному (1936) и определения разных категорий влаги в почве по Н. А. Качинскому (1930).

Эксперименты, проведенные на Карагандинской опытной сельскохозяйственной станции с почвами разных типов, показали, что микробиологическая активность аридных почв определяется не абсолютным содержанием в них воды, а уровнями ее содержания, соответствующими основным категориям почвенной влаги. Было установлено, что в почвах полупустыни уже при содержании воды около 80–85 % от максимальной гигроскопичности наблюдается развитие ксерофитных грибов и актиномицетов. Бактерии при такой влажности почвы находятся в покоящемся состоянии на поверхности почвенных частиц. В противоположность преобладавшим представлениям о связи микробиологических процессов в почве с пленочной влагой эксперименты, поставленные Д. М. Новогрудским, не оставили сомнения в том, что грибы и актиномицеты, развивающиеся в почвах при наличии только гигроскопической влаги, обусловливают или биологическое связывание минеральных азотных соединений, или процессы аммонификации. При появлении в почве пленочной влаги покоящиеся группировки бактерий переходят в активное состояние и образуют первичные бактериальные скопления и сферические бактериальные пленки. С ними связан процесс нитрификации, максимальная интенсивность которого достигается при влажности почвы, близкой к максимальной молекулярной влагоемкости (то есть у верхнего предела пленочной влаги).

Микробиологические исследования, выполненные Д. М. Новогрудским на Карагандинской опытной сельскохозяйственной станции, внесли существенный вклад в познание функционирования аридных почв и не потеряли своей актуальности.

Большую роль в судьбе ученого сыграл выдающийся казахский почвовед Умирбек Успанович Успанов (1906–1993), один из организаторов Академии наук КазССР, основатель и первый директор Института почвоведения АН КазССР (Алма-Ата). Благодаря его усилиям в 1946 году Давид Моисеевич был приглашен в Институт почвоведения на должность заведующего лабораторией микробиологии, а также консультантом и руководителем сектора микробиологии АН КазССР. В 1948 году он защитил докторскую диссертацию, получив вскоре звание профессора. Период жизни Новогрудского в Алма-Ате был отмечен новым взлетом плодотворной научной работы. Однако это относительно безоблачное время в его жизни продлилось недолго: неожиданно в 1951 году Новогрудский был повторно арестован и приговорен к десяти годам лагерей без права переписки. Он был расстрелян 3 декабря 1953 года (по другим данным, умер 3 декабря 1953 г. в исправительно-трудовом лагере в Коми ССР). Посмертно реабилитирован в 1956 году.

(Полную версию статьи читайте в журнале «Аграрный сектор» в №2 (40) за июнь 2019 г.)

Журнал можно приобрести в редакции в Нур-Султане по адресу: ул. Бейбитшилик, 18, офис 201, тел. раб.: +7 (7172) 23-84-36, сот. +7 701 342 3046.

В Костанае журнал реализуется в киосках газеты «Твой шанс».

Заявки на подписку на журнал принимаются по тел.: 8 (7172)23-84-36, +7 701 342 3046.

Подписку можно оформить как в редакции, так и на сайте журналаwww.agrosektor.kz, в разделе «Подписка».

Российским читателям по вопросам подписки обращаться в представительство в г. Кургане к менеджеру по России и странам Восточной Европы Наталье Махниной: тел. моб. 89125794282, e-mail: agrokurgan@yandex.ru