3

Курсовая работа

«Плесневые грибы памятников культуры

Астраханской области»

Содержание

• Глава 1. Литературный обзор
• • 1.1 Биоповреждения как эколого-технологическая проблема
  • • 1.1.1 Предмет и понятия биоповреждений
    • 1.1.2 Причины возникновения биоповреждений и двойственная природа биоповреждений.
  • 1.2 Грибы, как источники биоповреждений
  • • 1.2.1 Положение грибов в экосистеме
    • 1.2.2 Биологические особенности грибов - биодеструкторов
  • 1.3 Материалы и изделия, повреждаемые микроорганизмами
  • • 1.3.1 Микрорганизмы - разрушители настенной живописи
    • 1.3.2 Микрорганизмы - разрушители мраморных памятников.
• Глава 2. Объекты и методы исследований
• • 2.1 Объекты исследований
  • 2.2 Отбор проб.
  • 2.3 Стерилизация
  • • 2.3.1 Стерилизация питательных сред
    • 2.3.2 Стерилизация стеклянной посуды
  • 2.4 Методы исследований
• Глава 3. Экспериментальная часть
• Результаты исследований
• Выводы
• Заключение
• Используемая литература
• Приложение
• Введение
• Актуальность проблемы. Микробиологические исследования объектов культурного наследия ведутся активно в последние десятилетия, как в России, так и за рубежом. Это связано, в первую очередь, с процессами биоповреждения памятников истории и культуры, вызванными геохимической деятельностью микроорганизмов и их ферментативной активностью в каменной кладке и настенных росписях в исторических зданиях, музеях, церквях и монастырях, на поверхности мрамора скульптур, бумаги, пергамента и кожаных переплетов книг.
• Биоповреждение материала - это любое нежелательное изменение его свойств, вызванное жизнедеятельностью организмов.
• Повреждать материалы способны разнообразные организмы - бактерии и грибы, лишайники, водоросли и высшие растения, простейшие и кишечнополостные, черви, моллюски и членистоногие, рыбы, птицы и млекопитающие. Однако наиболее активные возбудители повреждений - мицелиальные грибы и бактерии, на долю которых приходится до 20 % от общего числа повреждений
• Сочетание благоприятной кислотности и высокой влажности, а также наличие большого количества органических веществ приводит к заселению поверхности материалов различными видами микроорганизмов, в основном, бактериями, плесневыми грибами и микроскопическими водорослями. Наиболее агрессивными из них являются плесневые грибы, способные использовать в качестве источника энергии не только органические, но и неорганические вещества. Такая широкая всеядность плесневых грибов объясняется наличием у них целого комплекса высокоактивных ферментов.
• Большинство работ по биоповреждениям памятников культуры и изобразительного искусства связано с изучением наружных стен, однако внутренние стены памятников архитектуры и музеев также подвержены процессам микробного воздействия. В связи с этим изучение бактериальной контаминации памятников культуры и изобразительного искусства очень актуально. (http://www.sevin.ru/fundecology/news/n30_05_05_2.html)
• Цель: Изучение степени обсемененности микроскопическими грибами памятников культуры и изобразительного искусства г. Астрахани.
• Задачи:
• 1. Выделение плесневых грибов с поверхности картин, скульптур и барельефов.
• 2. Изучение культуральных и морфологических признаков плесневых грибов.
• 3. Выделение плесневых грибов в чистые культуры.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Биоповреждения как эколого-технологическая проблема

Биоповреждения -- реакция окружающей среды на то новое, что вносит в нее человек. Создаваемые человеком материалы и изделия вовлекаются в естественные процессы, протекающие в биосфере, включаются в естественные биоценозы. Во всех ситуациях, связанных с биоповреждениями, взаимодействуют, с одной стороны, организмы и окружающая среда, с другой -- творения человеческих рук. Изучая взаимодействие этих компонентов, прежде всего с точки зрения их хозяйственной деятельности и существования человека, проблема биоповреждений основывается на комплексных эколого-технологических подходах.

Комплексные подходы учитывают взаимодействие живых организмов -- биоповреждающих агентов -- между собой, особенно в тех случаях, когда они принадлежат к разным систематическим группам, видам и популяциям или экологически далеки друг от друга.

Эколого-технологические подходы предусматривают прогнозирование биоповреждающего действия, позволяющее эффективно защищаться от него, например, путем внесения в структуру создаваемых полимеров элементов с биоцидными свойствами, пропитки древесины и изделий.

1.1.1 Предмет и понятия биоповреждений

Задачи по проблеме биоповреждений, поставленные перед учеными практикой народного хозяйства сегодня, и главным образом те из них, которые поставит завтрашний день, требуют конкретизации предмета исследований, сферы интересов, основных понятий, которыми необходимо оперировать при рассмотрении специальных вопросов. Термин «биоповреждения» применительно к проблеме возник одновременно с ее официальным оформлением и созданием Научного совета АН СССР, возглавившего исследовательские работы в этом направлении. Он соответствовал английскому слову biode-terioration, которое появилось для обозначения международных координирующих организаций, например The Biodeterioration Society -- Международное общество по биоповреждениям.

Первоначально оба термина использовались для обозначения отрицательного влияния организмов на функциональные и структурные характеристики материалов и изделий или технического сырья. В последующие годы эта формулировка неоднократно трансформировалась, сужалась и расширялась в соответствии с пожеланиями специалистов, представляющих различных отрасли хозяйства и разные науки. В частности, на определенном этапе в это понятие стали включать и полезную деятельность организмов, направленную на разрушение и утилизацию отживших материалов и изделий. Особенно отчетливо эта тенденция стала выявляться после III Международного симпозиума по биоповреждениям, состоявшегося в 1975 г. в Кингстоне (США) с участием советских ученых. Известный ученый Ван дер Керк (1971) дает следующее определение биоповреждениям: биоповреждение -- это любое нежелательное изменение в свойствах материалов, вызванное жизнедеятельностью организмов. Советский ученый Г.И. Каравайко (1976) расширил это определение и предложил называть биоразрушение более широким термином -- это любое желательное и нежелательное изменение в свойствах материалов, вызванное жизнедеятельностью организмов. Оба определения не охватывают всего многообразия объектов, повреждаемых организмами.

Учитывая это, будем относить термин «биоповреждения» к ситуациям, когда живые организмы своей деятельностью и присутствием вызывают изменения (нарушения) структурных и функциональных характеристик у объектов антропогенного происхождения или природных объектов, используемых в качестве сырья.

Биоповреждающая ситуация, возникающая вследствие одновременного присутствия всех необходимых компонентов и факторов как предпосылок для возникновения и протекания биоповреждающего процесса, представляет собой одно из наиболее важных понятий проблемы биоповреждений. Это понятие предполагает потенциальную возможность возникновения биоповреждений и поэтому важно в разработке терминологических схем, связанных с прогнозированием биоповреждений.

Важнейшими компонентами, присутствие которых создает био-повреждающую ситуацию, являются живые организмы, которые могут стать источником биоповреждающего воздействия на объект, защищенный или не защищенный специальными средствами. Хотя присутствие этих компонентов в пространственной сфере дистанционно доступно для их взаимодействия, определяет потенциальную возможность биоповреждающего воздействия и, следовательно, создает биоповреждающую ситуацию, но оно еще не запускает биоповреждающий процесс, возникновение которого связано с началом воздействия организма на повреждаемый организм.

Источником биоповреждений называется организм, атакующий материал, изделие, сооружение, природное сырье и вызывающий изменение его свойств в нежелательную для человека сторону. Такие организмы называют также агентами биоповреждений или повреждающими организмами.

Сооружения, изделия, материалы, сырье, повреждаемые организмами, теряют полезные свойства. Их называют объектами биоповреждений или биоповреждаемыми объектами.

В понятие объектов биоповреждений включаются средства защиты изначально в виде биоцидов, заложенных в них человеком или приданных объектам позднее, в момент, когда опасность биоповреждающего воздействия стала более реальной и потребовала действенных, а не только профилактических мер.

Таким образом, понятие источник (агент) биоповреждений относится к экологической категории, а биоповреждаемый объект и средства защиты -- к антропогенно-технологическим. Все они имеют прямое отношение к пониманию причин возникновения биоповреждений как эколого-технологического явления.

1.1.2 Причины возникновения биоповреждений и двойственная природа биоповреждений

В вопросе о причинах возникновения биоповреждений нет единой точки зрения. Существуют взгляды, отдающие предпочтение экологическому фактору как главному и ведущему. Согласно мнению других специалистов, решающим фактором является антропогенно-технологический, целиком зависящий от деятельности человека. В пользу тех и других говорят серьезные аргументы, позволяющие рассматривать биоповреждение то как экологическое явление, то как антропогенно-технологическое. Если рассматривать биоповреждения с позиций эколога, то в его распоряжении будут следующие аргументы. Биоповреждения всегда так или иначе, прямо или косвенно связаны с окружающей средой, в одних случаях не затронутой человеком, в других -- сильно им измененной и, наконец, в третьих -- им созданной. Окружающая среда является фоном, на котором протекают биоповреждающие процессы, подверженные, кстати, ее постоянному влиянию. Вне среды - биоповреждения не возникают и не существуют. Биоповреждения имеют в окружающей среде свои аналоги -- экологические прототипы, свидетельствующие о том, что сходные явления возникали и протекали в природе и до появления человека и, что особенно важно, имеют место сейчас, когда человек, непрерывно насыщая среду изделиями и материалами, создает условия для возникновения биоповреждений.

Так, одно из биоповреждений -- обрастание судна водорослями, ракообразными и моллюсками -- имеет в природе свои экологические прототипы в виде обросших этими же организмами плавающих предметов естественного происхождения, например упавших в воду деревьев и т. д. При этом реакция организмов на новый предмет, попавший в среду, в частности благодаря деятельности человека, подчас бывает такой же, как на экологически им хорошо знакомый.

Процессы биоповреждений не только испытывают влияния со стороны окружающей среды, но и в свою очередь влияют на нее, меняя все находящееся в ближайшем окружении. Сам по себе объект, созданный человеком и внесенный им в окружающую среду, является мощным экологическим фактором, который в одних случаях активно используется организмами, в других -- действует на них отрицательно, в третьих -- косвенно открывает для них новые возможности в отношении местообитаний и расселения.

Во всех этих случаях атакующий объект организм меняет свойства и добавляет новые, важные в экологическом отношении качества, одновременно выполняя роль своеобразного гида, вводящего этот объект в биоценотические цепи, существующие в природе или вновь возникающие под влиянием деятельности человека.

Тесные связи биоповреждающих процессов с окружающей средой проявляются в том, что объекты, будучи внесенными человеком в природу, включаются в естественные биоценозы чаще всего с помощью атакующих их организмов, которые связаны с другими членами биоценоза и тем самым предоставляют имеющиеся в их распоряжении сложившиеся контакты вновь рекрутированным членам, ими же «приведенным». В других случаях вокруг объекта и атакующего его организма складывается новый, искусственный биоценоз с новыми биоценотическими связями и взаимоотношениями, в этом случае решающим фактором будут экологическая «полезность» объекта, возможность его использования организмами в экологических целях. Таким образом, рассматривая биоповреждения с экологической точки зрения, мы видим, как серьезны и аргументированы позиции специалистов, отдающих предпочтение экологическому фактору в возникновении и развитии биоповреждающего процесса. Однако вполне ли исчерпывающими и до конца аргументированными являются взгляды экологов на природу биоповреждений? Ведь нельзя не учитывать того, что существование антропогенного фактора в виде человека и результатов его деятельности является необходимым условием биоповреждений как явления. Необходимо всегда помнить, что к проблеме биоповреждений имеет отношение только та его часть, которая уже добыта, складирована и в какой-то степени обработана, т. е. включена в производство. Тем более это относится к сырью, находящемуся в стадии перевозки с использованием любых транспортных средств. Если же оценивать роль антропогенного фактора в возникновении и развитии биоповреждающего процесса более конкретно, то человек фиксирует начало и конец воздействия живых организмов на объект, который он сам производит и вносит в природу, а затем по мере необходимости удаляет из нее. В то же время он может сдвинуть начало биоповреждающего процесса, используя для этой цели специальные защитные средства. Ограничив или сняв вообще действие защитных средств, человек в состоянии открыть дорогу биоповреждающему воздействию, сделав свой объект доступным для организмов.

Не менее важными и существенными для понимания роли антропогенного фактора в возникновении биоповреждений являются функции, регулирующие биоповреждающий процесс, меняющие его силу, ускоряющие или замедляющие его, вплоть до временной остановки. Этими возможностями человек также располагает, имея в своем распоряжении все те же защитные (в этом случае назовем их регулирующие) средства.

Таким образом, биоповреждение -- это одновременно и экологическое, и антропогенно-технологическое явление. Именно это принципиально важное положение составляет основу эколого-технологической концепции биоповреждений (В. Д. Ильичев, 1978, 1979).

1.2 Грибы, как источники биоповреждений

Биоповреждения материалов микроорганизмами известны очень давно. Упоминания о них встречаются у Плиния и Гомера.

Издавна применялись различные средства защиты от биоповреждения материалов. Например, при сооружении висячих садов Семирамиды предусматривались меры против сырости; для предотвращения повреждений древесины использовали жидкую смолу, листы свинца, асфальт.

Из этих примеров видно, что некоторые элементы сегодняшней научно обоснованной защиты от биоповреждений существовали уже в те далекие времена. Однако переломный момент наступил после того, как была установлена роль микроорганизмов в процессах разрушения материалов. В XIX в. было начато изучение повреждений древесины.

Древесина, повреждаемая грибами,-- наиболее изученный материал. Обширные исследования в этой области многие годы ведутся в Сенежской лаборатории консервирования древесины ВНИИДрев под руководством С.Н. Горшина.

В 30-х годах нашего столетия активизировались работы по изучению микробиологического повреждения бумаги, включая книги и документы. Большой вклад в решение этой проблемы внесли советские ученые В. Л. Омелянский, Л.А. Белякова, 3.А. Загуляева, Ю.П. Нюкша и др.

Роль грибов в поражении других промышленных материалов в основном начали изучать со времени окончания второй мировой войны. Более ранний период представлен только отдельными немногочисленными работами, не раскрывающими специфики микробного повреждения. Имеются сведения, что в годы второй мировой войны в тропических регионах погибло большое количество военного снаряжения различных стран. Например, в Новой Гвинее микроорганизмами было приведено в полную негодность все имущество австралийской армии (брезенты, тенты, обувь, одежда, резиновые изделия, электрооборудование, радиостанции и пр.). В умеренном климате грибы вызывают повреждения промышленных материалов во время их изготовления, когда производство» сопряжено с высокой температурой и влажностью, при нарушении; условий хранения и эксплуатации, транспортировке. В тропическом и субтропическом климате развитие грибов происходит более интенсивно, а следовательно, ущерб, причиняемый грибами, значительнее.

Сейчас известно, что из всех исследованных микроорганизмов грибы приносят наибольший вред материалам. Они повреждают все природные, многие синтетические материалы и даже стальные и железобетонные конструкции. Не избежали разрушающего действия микромицетов и памятники культуры и искусства. Например, всем известны повреждения, вызванные грибами на фреске Леонардо да Винчи «Тайная вечеря».

Разрушения материалов грибами зависят от их состава. В первую очередь повреждаются материалы, содержащие питательные вещества для грибов. Это ткани из натуральных волокон, древесные наполнители, белковые клеи, углеводороды. Используя указанные материалы в качестве источников углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Кроме того, установлено, что порче подвергаются также материалы, не содержащие никаких питательных веществ, например металлические изделия, оптические приборы. Наглядным примером может служить разрастание мицелия по поверхности оптического стекла. Даже небольшое прорастание грибных спор приводит к тому, что оптические приборы не могут быть использованы по назначению.

После удаления грибного налета на стекле остаются следы, напоминающие мицелий,-- «рисунок травления». Это следствие разрушения поверхности стекла продуктами метаболизма биодеструкторов, главным образом органическими кислотами.

В подобных случаях одной из причин повреждения являются загрязнения, попадающие на поверхность материала. Так, например, источником питания грибов, разрушающих мрамор Миланского собора, служат экскременты голубей. В тропических странах грибному повреждению сопутствует наличие большого количества пыли, содержащей отмершие остатки тропической растительности. Причиной повреждения материалов, не содержащих питательные вещества, может быть контакт с зараженным материалом. Так, повреждение биноклей иногда происходит от поврежденных кожаных футляров. Подобная ситуация возникает в изделиях, изготовленных из разнообразных металлических и неметаллических: материалов, соприкасающихся друг с другом.

1.2.1 Положение грибов в экосистеме

Повреждения материалов, вызываемое грибами, имеют место в самых различных экологических условиях, причем нередко этот процесс является звеньями общего круговорота веществ в природе. Для грибов наиболее привычными субстратами являются опавшие листья, сучья, пни. В обстановке, создаваемой человеком, они развиваются в первую очередь также на материалах растительного происхождения - древесине, бумаге, ткани. В очагах повреждения указанных материалов, как и в природе, возникают определенные экосистемы. В них происходит круговорот веществ и обмен энергией организмов друг с другом и внешней средой. Однако нужно иметь в виду, что биологические системы, образующиеся на поврежденных материалах, имеют более упрощенную структуру, как на материалах присутствуют лишь отдельные представителе природного биоценоза. Кроме того, для подобных экосистем характерны укороченные пищевые цепи и ослабленная саморегуляция, вследствие чего нередко преимущественное развитие получают отдельные организмы.

Процессы, протекающие на других поврежденных материалах-- пластмассах, резинах, металлах, стекле нельзя отождествлять с биоценотическими отношениями, имеющими место в природных условиях. Пока преждевременно говорить о существовании устойчивых сочетаний микроорганизмов на этих относительно новых для грибов материалах, так как считается, что каждый биоценоз должен иметь свою историю, ареал, структуру, признаки оригинальности и самостоятельности (Ф. Рамад, 1981). Тем не менее, можно выделить некоторые общие закономерности в экологии грибов-биодеструкторов.

Положение организмов в любой экосистеме определяется, прежде всего, их трофическими связями. Грибы, вызывающие биоповреждения, входят в группу гетеротрофных сапротрофов. Они тесно связаны с субстратом, обладают большой поверхностью всасывания и оказывают активное влияние на окружающую среду через продукты метаболизма. Несмотря на то что все микодеструкторы гетеротрофы, они очень разнообразны по своим пищевым потребностям. На основании отношения к субстрату их можно разделить на две группы: неспецифические и специфические сапротрофы.

К неспецифическим сапротрофам относятся грибы-полифаги встречающиеся на различных субстратах. Из них чаще всего на промышленных материалах развиваются виды родов Aspergillus,, Penicillium, Trichoderma, Alternaria, Fusarium (см. приложение рис.1).

Грибы этих родов образуют разнообразные и в обильном количестве ферменты, способствующие их активной биохимической деятельности, которая выражается в разрушении материалов. Однако даже для одного и того же гриба данное вещество может иметь неодинаковую питательную ценность в зависимости от ряда условий, таких, как температура, влажность, наличие других питательных веществ. Например, распространенные на юге виды пенициллов, входящие в секцию Monoverticillata, обладают меньшей способостью к кислотообразованию и разрушению клетчатки, чем пени-циллы из секции Asymmetrica, доминирующие на севере. Изоляты северных районов обладают более высокой каталазной активностью, чем южных.

Специфические сапротрофы, встречающиеся на поврежденный материалах, состоят из более или менее специализированных организмов. Они сформировались в процессе приспособительной эволюции к тем или иным субстратам. К грибам такого рода относится домовый гриб Serpula lacrymans, развивающийся только на деловой древесине. Другим примером может служить Cladosporium resinae, который растет на производных нефти, предпочитая бензин и керосин.

Целлюлозоразрушающие грибы -- менее специфичны по своим пищевым потребностям, так как к ним относятся грибы, у которых свойство разрушать целлюлозу может быть выражено в разной степени, от очень слабой до сильной.

Деление микодеструкторов на экологические группы в зависимости от их отношения к субстрату было дано М. В. Горленко (1984). Эти группы четко прослеживаются при заселении и последующем разрушении промышленных материалов различного химического состава.

Сукцессии видов, или определенная смена микодеструкторов, изучена лишь на отдельных материалах. Так, смена экологических групп в зависимости от пищевых потребностей хорошо прослеживается на таком субстрате, как древесина. В последовательности ее заселения большую роль играют физиолого-биохимические особенности грибов. Первыми на мертвых древесных субстратах появляются грибы, использующие легко доступные углеводы (сахара, крахмал, гемицеллюлозы). Эту группу составляют только быстро растущие формы, у которых при наличии подходящего субстрата быстро прорастают споры и «покоящиеся клетки. Кроме того, многие из них образуют антибиотики. Все эти свойства позволяют грибам сразу занять господствующе положение. Первыми поселяются на древесине мукоровые грибы отдельные виды родов Penicillium и Aspergillus и некоторые другие.

По мере использования доступных источников питания на первый план выступают целлюлозоразрушающие грибы, представители сумчатых и несовершенны грибов. Когда все легко усваиваемые углеводы использованы первичными поселенцами, начинают развиваться грибы, разрушающие лигнин. Эта группа представлена в основном медленно растущими базидиомицетами, которые завершают деструкцию древесины.

На отдельные стадии cyкцессии большое влияние оказывает влажность. Например, по данным Ю. П. Нюкши, по мере увлажнения субстрата происходит рорастание спор в такой последовательности: Aspergillus echinatus, A. ruber, A. amstelodami, A. restrictus, A. repens, Penicillium brecompactum, P. frequentans, P. turba-tum, А. niger, A. nidulans, A. versicolor.

При наличии сходного субстрата в разных экосистемах состав сообщества может меняться под действием температуры. Работами С.А, Ваксмана, А.И. Райлс Л.И. Курсанова, Т.П. Сизовой показано распределение представителей разных секций рода Penicillium в различных широтах земного шара: на севере преобладает секция Asymmetrica, в южных районах -- секция Monoverticillata. Постепенная смена видового става по мере продвижения с севера на юг известна для грибов рода Penicillium и Aspergillus, о чем уже упоминалось в разделе «Температура».

Эколого-географическая специфика распределения микроорганизмов и отличия в активности биологических процессов у грибов различных почвенно-климатических зон находит отражение в наборе микроорганизмов, использумых для лабораторных испытаний в разных странах. Так, в ФРГ и ГДР считают самыми агрессивными видами Alternaria tenuis, Сhaetomium globosum, Cladosporium herbarum. В Западной Африке и Западной Индии-- C.herbarum, Phoma, Alternaria, Trichoden, Penicillium. В Японии -- С. herbarum, Aureobasidium pullulans, Trichoderma. В Англии более 85% случаев разрушения наружных покрытий вызывают A. pullulans, Diplodia, Alternaria, Trichoderma (P. Благник и В. Занова, 1965).

Биоповреждения, вызываемыe одним и тем же организмом в совершенно различных экологических условиях, объясняются гетерогенностью вида грибов-сапротрофов. О наличии разных экологических вариантов Penicillium ligricans свидетельствуют работы Т.П. Сизовой и Е. Н. Бабьев. которые установили, что штаммы этого гриба различаются по температурному оптимуму в зависимости от происхождения: бразильский штамм лучше всего растет при 37°С, максимальная скорость роста изолятов P. nigricans, выделенных в северных районах, наблюдается при 18°С; оптимальный рост штаммов, изолированных на юге,-- при 25°С.

Кроме упомянутых факторов на состав грибного ценоза влияет плотность конидий того или иного гриба в окружающей среде, которая связана с определенной экологической обстановкой, меняющейся в зависимости от конкретных причин. Например, установлена связь увеличения плотности конидий Cladosporium resinae с проведением лесозаготовок сосны, на которой этот гриб охотно поселяется. Увеличению плотности конидий в воздухе способствует проведение земляных работ, вследствие чего из почвы в окружающую среду попадает большое количество почвенных грибов.

Все экологические исследования грибов, вызывающих повреждения материалов, до сих пор в основном сводились к установлению набора видов, характерных для того или иного материала. В настоящее время видовой состав организмов-биодеструкторов установлен достаточно полно. На основании этих данных можно сделать вывод, что среди грибов-деструкторов имеются как постоянно встречающиеся виды, так и виды, характерные для определенных экологических условий.

Процесс заселения и последующего разрушения промышленных материалов популяциями грибов, которые могут объединяться в сообщества и биоценозы, принимает в последнее время все более широкие масштабы. Причина такого явления кроется в ряде биологических особенностей грибов.

1.2.2 Биологические особенности грибов-биодеструкторов

Грибы имеют некоторые морфологические, физиологические и генетические особенности, благодаря которым они занимают доминирующее положение среди организмов, вызывающих биоповреждения.

Для повреждения материалов необходимо присутствие микроорганизмов в окружающей среде. Грибы очень широко распространены по всему земному шару. Они присутствуют в почве, воде и воздухе. Большинство грибов, вызывающих повреждения материалов, обладает высокой энергией размножения. Например, сухоспоровые формы (виды аспергиллов, пенициллов, триходермы, скопуляриопсиса) образуют такое количество спор, которое исчисляется миллионами и сотнями тысяч. Споры настолько малы и масса их так незначительна, что при малейшем движении воздуха они поднимаются на большую высоту и переносятся на значительные расстояния. Благодаря своим микроскопическим размерам они могут проникать в невидимые глазу трещины и поры, которыми пронизаны такие плотные материалы, как гранит и металл. Иногда грибы обнаруживаются на стыке полимера и входящих в его состав компонентов. Споры могут увлекаться просачивающейся с поверхности водой вглубь некоторых материалов, особенно пористых. Эти примеры свидетельствуют о том, что грибы можно встретить всюду, даже там, куда не проникают другие организмы.

Большую роль при заселении материалов играет способность спор адсорбироваться на гладкой поверхности. Адгезия является первым этапом биоповреждений твердых нерастворимых субстратов.

Закрепившись на поверхности материалов, при благоприятных условиях споры прорастают, образуя мицелий. Мицелиальное строение грибов является одной из наиболее важных биологических особенностей, определяющих их специфику взаимоотношения со средой. Мицелий быстро распространяется по субстрату и захватывает большие площади. Так, мицелиальные тяжи, которые образуют домовые грибы, могут достигать несколько метров. Иногда они тянутся по субстрату, не имеющему питательной ценности, но при этом вызывают его разрушение. Подобный случай наблюдали в опытном туннеле Варшавского метро: тяжи гриба Serpula lacrytnans, выделяя органические кислоты, разрушили бетонные опоры.

Доминирующая роль грибов среди микроорганизмов в процессах биоповреждений обусловлена их метаболическими особенностями, которые заключаются в очень богатом ферментативном аппарате. Грибы образуют инвертазу, амилазу, протеазы, липазы, фосфатазы, танназу, оксидазу а-аминокислот, пектиновые ферменты, полифенолоксидазу, каталазу, комплекс целлюлаз и др. Ферментативный аппарат грибов наиболее богат по сравнению с другими микроорганизмами. С его помощью они осуществляют разнообразные химические превращения сложных субстратов, которые не доступны другим микроорганизмам. Поэтому они способны привести к преждевременному выходу из строя любое промышленное изделие. Способность грибов-полифагов расти на самых разнообразных субстратах является причиной тех масштабов опасности грибного повреждения, с которыми мы сталкиваемся в настоящее время.

Кроме широкого набора ферментов многим грибам свойственна способность образовывать токсические продукты, что еще больше повышает их конкурентоспособность за освоение субстрата.

Опасность для многих материалов представляют и другие продукты метаболизма грибов, особенно органические кислоты. Так, коррозия алюминиевых баков в самолетах вызывается кислотами, которые образует Cladosporium resinae при росте на реактивном топливе (лимонная, цисаконитовая, изолимонная, а-кетоглутаровая, щавелевая, уксусная, додекановая).

Немаловажную роль в микологическом повреждении материалов играет способность грибов расти в биологически экстремальных условиях. Споры грибов стойки к высыханию, известны случаи, когда они выдерживали высушивание в течение 20 лет и более. Значительная часть грибных спор переносит низкие температуры без потери биохимической активности. В этом отношении показательны опыты французского физика Беккереля, который замораживал и хранил при температуре жидкого воздуха (--190°С) споры грибов в течение полугода, после чего они прорастали.

Высокая резистентность к перепадам температуры, влажности, рН известна у Aspergillus fumigatus. Его конидии, например, не по гибают при колебаниях температуры, возникающих во время полета реактивных самолетов, от --32 до +60°С в водной фазе, и от --32 до +80°С в топливе.

Отличительной особенностью некоторых грибов, вызывающих повреждения материалов, является их способность расти на твердых сухих субстратах, за счет атмосферного увлажнения. К таким грибам-ксерофилам относятся, например, Aspergillus penicilloides и A. glaucus var. tonophilus Ohtsuki, повреждающие оптические приборы. В обычных условиях эти грибы не выдерживают конкуренции с быстрорастущими видами, однако при низких значениях активности воды грибы-ксерофилы занимают на субстратах господствующее положение.

Условия существования грибов на материалах часто сопряжены с низкими концентрациями питательных веществ, что также можно рассматривать как экстремум. Многие грибы способны довольствоваться следовыми количествами питательных веществ. Эта особенность дает определенное преимущество олиготрофам при заселении таких субстратов, как, например, настенная живопись. Грибы-олиготрофы размножаются гораздо медленнее, но, приспособившись к жизни в столь суровых условиях, причиняют немалый ущерб.

Еще одной особенностью грибов является гетерогенность вида, т. е. наличие внутри вида штаммов, различающихся по морфологии, физиологическим, экологическим и другим признакам. Внутривидовое разнообразие известно у гриба A. niger. С поврежденных материалов, находящихся в промерзшей почве, выделен криофильный штамм. Он развивается при температуре 5-- 15°С, тогда как обычно A. niger растет при достаточно высоких температурах. Гетерогенность вида свойственна и другим грибам. Выше уже упоминалось о географических изолятах Penicillium nigricans. Известны также биохимические варианты Cladosporium resinae, использующие различные компоненты нефти.

Система внутривидовых популяций (штаммов, рас и т. п.) очень подвижна. Представленность того или иного штамма в ней меняется вследствие изменения условий окружающей среды. Это может, например, происходить при попадании материалов, служащих субстратом для гриба, в иной тепловой режим, в более влажную или сухую среду. При этом одни штаммы погибают, а другие получают преимущественное развитие. Кроме того, возможно возникновение новых штаммов. Индукторами таких новообразований могут быть экстремальные экологические условия или применяемые для защиты материалов биоциды. Известно мутагенное действие УФ-излучения и гамма-лучей, описано изменение морфолого-культуральных и физиологических свойств Penicillium verrucosum var. cyclopium, A. niger и других под влиянием биоцидов.

Грибы -- очень вариабельная и подвижная в экологическом отношении группа организмов. Один из механизмов изменчивости грибов -- гетерокариоз. В зависимости от условий среды число ядер того или иного типа может варьировать в гетерокариотическом мицелии, обеспечивая этим приспособленность гриба к возникающим условиям. Это свойство грибов имеет особое значение в связи с непрерывным созданием новых материалов и возникновением новых искусственно создаваемых биотопов.

Описанные морфологические, физиологические и генетические особенности грибов-биодеструкторов, безусловно, не исчерпывают всего многообразия их свойств, при помощи которых они приспособились к столь широкому диапазону окружающих условий. Однако они дают представление о том, почему грибы играют доминирующую роль в процессах биодеструкции природных и искусственно созданных материалов.

Разрушения микроорганизмами обычно происходят под действием не одной какой-либо группы, а комплексом, включающим и бактерии, и грибы. Одна группа микроорганизмов своей деятельностью подготавливает субстрат для другой. При этом возникают новые связи между отдельными микроорганизмами, постоянно формируются взаимосвязанные ассоциации, обеспечивающие выживание и адаптацию каждого вида в отдельности. Этот процесс очень сложный и обусловлен множеством факторов, среди них важнейшее значение имеет субстрат, на котором происходит формирование таких новых функционально взаимосвязанных единиц, как микробная ассоциация или биоценоз. При этом экологические условия играют важнейшую роль в их формировании. При различных экологических условиях на одних и тех же материалах формируются различные группы микроорганизмов. Например, при испытании материалов на открытой площадке в условиях естественной относительной влажности и температуры воздуха, при прямом действии солнечной радиации и атмосферных осадков через 8 месяцев от начала опыта на испытывающихся материалах доминировали мицелиальные грибы и бактерии, через 15 месяцев их сменяли дрожжи. В складском помещении при нерегулируемых относительной влажности воздуха и температуре, отсутствии резких перепадов параметров окружающей среды спустя 8 месяцев на материалах в основном преобладали мицелиальные грибы; к концу опыта на большинстве из них доминирующей группой становились бактерии, появились дрожжи. Под навесом при нерегулируемых влажности и температуре воздуха, исключении воздействия солнечной радиации и естественной вентиляции через 8 месяцев численность бактерий на образцах была наибольшей по сравнению с мицелиальными грибами и дрожжами, спустя 15 месяцев возрастал удельный вес дрожжей и мицелиальных грибов.

Таким образом, при разработке мер борьбы с микробиологическими повреждениями следует всегда учитывать возможность образования на поражаемом материале ассоциаций, включающих бактерии и грибы и существенно различающихся в разных экологических условиях. Это свойство грибов имеет особое значение в связи с непрерывным созданием новых материалов и возникновением новых искусственно создаваемых биотопов.

Описанные морфологические, физиологические и генетические особенности грибов-биодеструкторов, безусловно, не исчерпывают всего многообразия их свойств, при помощи которых они приспособились к столь широкому диапазону окружающих условий. Однако они дают представление о том, почему грибы играют доминирующую роль в процессах биодеструкции природных и искусственно созданных материалов.

Разрушения микроорганизмами обычно происходят под действием не одной какой-либо группы, а комплексом, включающим и бактерии, и грибы. Одна группа микроорганизмов своей деятельностью подготавливает субстрат для другой. При этом возникают новые связи между отдельными микроорганизмами, постоянно формируются взаимосвязанные ассоциации, обеспечивающие выживание и адаптацию каждого вида в отдельности. Этот процесс очень сложный и обусловлен множеством факторов, среди них важнейшее значение имеет субстрат, на котором происходит формирование таких новых функционально взаимосвязанных единиц, как микробная ассоциация или биоценоз. При этом экологические условия играют важнейшую роль в их формировании. При различных экологических условиях на одних и тех же материалах формируются различные группы микроорганизмов, что было показано в работах А.Ю. Лугаускаса. Например, при испытании материалов на открытой площадке в условиях естественной относительной влажности и температуры воздуха, при прямом действии солнечной радиации и атмосферных осадков через 8 месяцев от начала опыта на испытывающихся материалах доминировали мицелиальные грибы и бактерии, через 15 месяцев их сменяли дрожжи. В складском помещении при нерегулируемых относительной влажности воздуха и температуре, отсутствии резких перепадов параметров окружающей среды спустя 8 месяцев на материалах в основном преобладали мицелиальные грибы; к концу опыта на большинстве из них доминирующей группой становились бактерии, появились дрожжи. Под навесом при нерегулируемых влажности и температуре воздуха, исключении воздействия солнечной радиации и естественной вентиляции через 8 месяцев численность бактерий на образцах была наибольшей по сравнению с мицелиальными грибами и дрожжами, спустя 15 месяцев возрастал удельный вес дрожжей и мицелиальных грибов.

Таким образом, при разработке мер борьбы с микробиологическими повреждениями следует всегда учитывать возможность образования на поражаемом материале ассоциаций, включающих бактерии и грибы и существенно различающихся в разных экологических условиях.

1.3 Материалы и изделия, повреждаемые микроорганизмами

В настоящее время трудно найти группу материалов, на которую микроорганизмы не оказывают разрушающего действия. Биодеструкции подвержены бетон, древесина, бумага, пластмассы, резина, электроизоляция, нефтепродукты, металлы и их сплавы, металлическое оборудование, радиоэлектроника, электротехника, авиационная и космическая техника и т.д. Биодеструкция наносит огромный экономический ущерб, который исчисляется десятками миллиардов рублей в год. В ряде случаев ущерб вообще нельзя выразить в денежных единицах: сюда относятся аварии, приводящие к потере здоровья и гибели людей, связанные со взрывами, с разрушением химического оборудования; катастрофы авиалайнеров и судов, вызванные биокоррозией, и т.д.

Кроме того, следует иметь в виду, что бесконтрольное развитие микроорганизмов на материалах также представляет определенную опасность для здоровья людей, поскольку бактерии и грибы, повреждающие материалы, могут быть причиной кожных, аллергических и других заболеваний, а также источником сильно действующих токсинов.

Признаки повреждения материалов микроорганизмами достаточно разнообразны. В ряде случаев наблюдается «плесневение» материала, которое заметно невооруженным глазом и указывает на участие в его порче грибов. На древесине, бумаге, тканях, коже, пластмассах, лакокрасочных покрытиях под воздействием микроорганизмов часто появляются различные окрашенные пятна.

Плесневение и пигментация материалов нередко сопровождаются изменением их физико-химических свойств. Одни материалы теряют прочность, у других снижаются относительное удлинение при разрыве, показатели модуля упругости и напряжения при растяжении, у третьих ухудшаются диэлектрические свойства.

К настоящему времени, благодаря многочисленным исследованиям, в основном известны наиболее показательные и специфические представители различных микроорганизмов, вызывающих повреждения различных материалов. Наиболее характерные микроорганизмы, провоцирующие порчу конкретных материалов и пищевых продуктов, представлены в табл.1 (см. приложение).

Невосполнимый ущерб наносят микроорганизмы, разрушая сокровища мировой культуры - произведения живописи, прикладного искусства, исторические и архитектурные памятники. (Ильичев В.Д., 1987)

1.3.1 Микроорганизмы-разрушители настенной живописи

Во многих памятниках архитектуры с настенной живописью в силу ряда экологических факторов складываются благоприятные условия для развития микроорганизмов. Плесневые грибы, актиномицеты, бактерии могут использовать для своего развития органические связующие красочного слоя, растительные остатки в штукатурке, реставрационные материалы, загрязнения на поверхности красочного слоя, мертвые микробные клетки, вещества, приносимые вследствие капиллярного объема влаги в стенах памятника. Развитие гетеротрофных микроорганизмов приводит к распылению красочного слоя настенной живописи, разрушению штукатурной основы и изменению колорита вследствие перерождения пигментов. Наиболее полными являются исследования, проведенные в Рождественском соборе Ферапонтова монастыря прямыми микроскопическими методами (сканирующая электронная микроскопия), а также результаты микробиологических анализов, проведенные в соборе Рождества Богородицы в Боровском Пафнутьевском монастыре (Ребрикова и др.,1988; Ребрикова, Карпович,1988).Авторы доказали, что на стенописи развиваются не какие-либо отдельные микроорганизмы, а целые микробные сообщества, включающие бактерии, актиномицеты, грибы, а в некоторых случаях водоросли. В зависимости от конкретных экологических условий на одном и том же субстрате могут формироваться различные микробные ассоциации, а та или иная группа микроорганизмов - играть доминирующую роль.

Некоторыми авторами отмечено усиленное развитие микроорганизмов - деструкторов при нарушении температуро-влажностностного режима в памятниках архитектуры. В церквях и соборах, как правило, неотапливаемых, разница летней и зимней температуры достигает 27°С. Колебания относительной влажности воздуха в таких соборах с настенными росписями также бывают достаточно резкими (Леликова,1983).В работе Д.С. Курицыной (1969) показано, что в соборах с настенными росписями необходимо стремиться не допускать, чтобы относительная влажность воздуха поднималась выше 60-65 % , так как при 66%, хотя и слабо, уже могут развиваться плесневые грибы. (Ребрикова Н.Л., 1988)

1.3.2 Микроорганизмы-разрушители мраморных памятников

Известно, что микроорганизмы заселяют неорганические строительные материалы и способствуют разрушению мрамора, известняка, кирпича и подобных субстратов, находящихся на открытом воздухе. Их развитие на камне усиливает процессы выветривания, приводит к образованию на поверхности скульптур и сооружении окрашенных пленок, корок, отслаиванию чешуи мрамора. Биопленки представляют собой cooбщества микроорганизмов, взаимно поддерживающих развитие друг друга на минеральном субстрате за счет выделения внеклеточных полимерных веществ (пигментов, полисахаридов, белков). Особенно активно деструктивные процессы протекают в условиях городов с высоким уровнем загрязнения воздуха. Частицы пыли, оседающие на поверхности мрамора, взаимодействуют микробными пленками и продуктами их метаболизма, в образующие органические кислоты.

В исследованиях последних лет была показана подущая роль микромицетов в разрушении античного и средневекового мрамора в Средиземноморье, Крыму и в условиях северной Европы. Микроколониальные меланизированные грибы, обладающие дрожжеподобным или меристематическим ростом, по мнению ряда авторов, способны длительное время развиваться на мраморе и вызывать постепенное разрушение его поверхностного слоя. Их отличает высокая устойчивость к неблагоприятным внешним факторам и способность проникать в толщу субстрата. Наряду с ними на поверхности мрамора, находящегося на открытом воздухе, повсеместно присутствуют пропагулы типичных почвенных грибов, попадающие на камень с током воздуха или частицами почвы. Их развитие происходит только при благоприятных внешних условиях и сопровождается быстрой колонизацией субстрата и изменением его поверхностных свойств. Очевидно, что интенсивность деструктивных процессов в поверхностном слое мрамора зависит от факторов внешней среды, а также качественного и количественного состава микрофлоры, изучение которой является непременным ус ...........