Эколого-технологическая концепция биоповреждений

МИКРООРГАНИЗМЫ – ИСТОЧНИКИ БИОПОВРЕЖДЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ И ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Древесина и целлюлоза являются наиболее распространенными материалами, которые легко подвергаются разрушительной деятельности микроорганизмов. Внимание исследователей к этой проблеме объясняется огромным ущербом, который причиняют микроорганизмы. Утилизирующие их организмы являются возбудителями биоповреждений конструкций, сооружений, изделий из дерева и материалов на основе целлюлозы. Активному нападению микроорганизмов подвергаются хлопчатобумажные, лубяные, джутовые и некоторые другие волокна растительного происхождения, а также ценнейшие памятники культуры, включая архивные материалы, редчайшие книги, бесценные полотна старых мастеров, деревянные скульптуры и строения. К проблеме биоповреждений имеет отношение только та часть материальных ценностей, которая уже добыта, обработана, складирована, т.е. включена в производство. Сюда же относится и сырье, находящееся в стадии перевозки.

Древесина и целлюлозосодержащие материалы, будучи органическими субстратами природного происхождения, служат источниками углерода для питания многих живых организмов. Основными агентами биоповреждений древесины и целлюлозных материалов являются микроорганизмы, преимущественно грибы. Воздействие микроорганизмов на природные материалы приводит к появлению пятен различной окраски и формы либо плесневению материалов, характерному для грибного поражения, а также возникновению трещин, фибрилляции волокнистых материалов, снижению прочности. Кроме того, развитие грибов на изделиях из дерева и целлюлозосодержащих материалов может служить причиной кожных аллергических заболеваний.

В этой связи биоповреждающая деятельность микроорганизмов и защита от нее является серьезной проблемой, в реализации которой заинтересованы различные отрасли промышленности, строительства, сельского хозяйства и др. Успешное решение столь важной проблемы заключается в разработке научно обоснованной системы практических мероприятий, основанных на всестороннем и полном изучении механизмов биоповреждающего воздействия, использовании профилактических мер, учитывающих весь комплекс экологических, социально-экономических факторов и создании экологически безопасных, эффективных средств защиты.

Эколого-технологическая концепция биоповреждений

Под биоповреждением понимают нежелательное изменение свойств какого-либо материала, вызванное жизнедеятельностью различных организмов. По своей природе эти изменения могут быть механическими, физическими, касаться эстетических свойств материала и не обязательно приводить к его химическому разрушению. Последний момент определяет различия между более широким термином «биоповреждение» и более узким, ограниченным термином «биодеградация» или «биоразложение», относящимся только к разрушению определенного субстрата. Процессы биоповреждения и биоразложения протекают в одних и тех же экологических условиях, и задача заключается в том, чтобы защититься от одних и поставить на службу человеку другие.

Развиваясь как новое научное направление, проблема биоповреждений основывается на комплексных эколого-технологиче­ских подходах, учитывающих взаимодействие живых организмов — биоповреждающих агентов между собой и факторами среды, в которой протекает процесс. Между объектом, повреждающими его организмами и окружающей средой возникают биоценотические контакты, которые могут усилить или ослабить действие организмов на объект или даже полностью его блокировать. Вне среды биоповреждения не возникают и не существуют. Эти процессы не только испытывают серьезное воздействие со стороны окружающей среды, но и сами оказывают большое влияние на нее, изменяя все находящееся в ближайшем окружении.

Человек в результате своей деятельности меняет окружающую среду. Непрерывно насыщая ее материалами и изделиями, загрязняя отходами, он создает условия для возникновения биоповреждений, стимулирует биоповреждающую деятельность отдельных организмов, так как заполнение среды объектами человеческой деятельности вызывает со стороны биосферы биоповреждающие реакции как ответ в виде «самоочищения». Объекты, созданные человеком и внесенные в окружающую среду, являются мощными экологическими факторами, которые в одних случаях активно используются организмами, в других — действуют на них отрицательно, в третьих — косвенно открывают для них новые возможности в отношении местообитания и расселения. Под действием живых организмов объекты меняют свои исходные свойства и приобретают новые, благодаря которым вступают в биоценотические цепи, существующие в природе или вновь возникшие под влиянием деятельности человека.

При этом состав повреждаемых объектов и перечень повреждающих их видов постоянно меняются. Одни из них становятся индифферентными по мере того, как исчезают объекты их нападения, а другие, обнаружив новый, полезный для них объект, повреждают его. Потенциально биоповреждающих видов в природе всегда больше, чем реально проявивших свои свойства в данный момент. Биоповреждающие свойства находятся в зависимости от многих сопутствующих обстоятельств, из которых основными являются экологические факторы окружающей среды и деятельность человека.

Взаимодействие экологических и антропогенно-технологиче­ских компонентов характеризует биоповреждение как явление. В этом взаимодействии человек и результаты его деятельности выступают как часть окружающей среды, а сама среда и ее важнейшие факторы являются участниками биоповреждающего процесса. Двойственная природа биоповреждений составляет основу эколого-технологической концепции биоповреждений (Ильичев, 1987). Согласно этой концепции, биоповреждения возникают и существуют в результате взаимоотношения двух начал: одного, связанного с экологическими, и другого — с антропогенно-технологическими факторами. При исключении одного из них реальная картина будет искажена и потеряно главное свойство биоповреждений.

Человек в одних случаях может ограничить или прекратить повреждающее воздействие живых организмов на объекты, используя специальные защитные средства (биоциды), а в других допускает протекание биоповреждающего процесса. От знаний и умения человека управлять, регулировать и направлять действие биоповреждающего процесса зависит решение ряда задач, связанных с защитой сырья, материалов, технических устройств от биоповреждений как в условиях длительного хранения, так и при перевозке и эксплуатации.

Проблема биоповреждений не может решаться вне общеэкологических и технологических подходов, направленных на защиту окружающей среды от загрязнений. Защищая нужные материалы и изделия от биоповреждений, человек в какой-то степени загрязняет этими средствами окружающую среду. Создание новых, химически модифицированных, более устойчивых к био­повреждениям материалов и растущее загрязнение среды этими материалами рекрутирует в число биоповреждающих агентов все новые виды и популяции, требующие специальных защитных мер. Очевидным источником новых биоповреждающих ситуаций будут экологические аналоги, имитирующие биоповреждающие взаимоотношения в природе. Для того чтобы предусмотреть и использовать характер обновления, необходимо всесторонне изучить многие аспекты биоповреждающего процесса, в том числе и биоценотические, используя для этой цели природные аналоги — экологические прототипы.

Микроорганизмы являются активными биоповреждающими агентами. Повреждение материалов происходит под действием группы микроорганизмов. При этом одна группа микроорганизмов своей деятельностью готовит субстрат для другой. В результате формируются взаимосвязанные ассоциации, обеспечивающие выживание и адаптацию каждого вида в отдельности. Этот процесс обусловлен рядом факторов среды. Из них главенствующее значение имеет субстрат, на котором происходит формирование микробной ассоциации или биоценоза. «Популяционные и биоценотические отношения оказываются подчас решающим фактором, вызывающим и направляющим биоповреждающее взаимодействие живого организма с материалом или техническим устройством» (Ильичев, 1987). Среди микроорганизмов, повреждающих материалы растительного происхождения, главенствующее положение занимают грибы благодаря широкому набору ферментов, их лабильности и высокой активности.