Возможно, углерод — наиболее интересное вещество из всех известных человеку химических элементов. Знаете ли вы, что в кристаллической форме, например, он встречается нам как один из наиболее драгоценных камней — алмаз? В виде графита углерод используется для изготовления карандашей. А уголь, источник значительной части тепла и энергии в наш век техники, тоже в основном состоит из углерода. Но еще более важно то, что углерод необходим для поддержания жизни. Тела всех живых существ состоят из соединений, в которые входит углерод.

Ученые с основанием полагают, что везде, где в любых количествах найден углерод, там, вероятно, существовала жизнь. Углеродный цикл — это процесс, в ходе которого углерод непрерывно удаляется, используется и замещается живыми существами. Вот как это происходит. В воздухе есть двуокись углерода. Растения выделяют из этого газа углерод и используют его для строительства своих корней, стволов и листьев. Животные получают углерод в пищу от растений в виде овощей, фруктов или почек. В то же время двуокись углерода возвращается в воздух, в частности за счет дыхания животных и сгорания или гниения растений. Углеродный цикл замыкается. При сочетании элементов мы получаем соединения. Число известных нам углеродных соединений невероятно — их больше 200 000! Все остальные элементы, вместе взятые, не образуют столько соединений, сколько один углерод.

Причина этого состоит в том, что атом углерода может самыми разнообразными способами соединяться с атомами других элементов и образовывать кольца и цепи в сочетании с другими атомами углерода. Вы соприкасаетесь с углеродными соединениями или пользуетесь ими в своей повседневной жизни постоянно. Вы вдыхаете небольшое количество двуокиси углерода и выдыхаете большее количество. А большинство горючих веществ, пищевых продуктов, медикаментов, пластмасс, парфюмерии (и многие десятки и сотни других изделий) представляют из себя углеродные соединения!

Всему живому на земле требуется азот в форме, пригодной для употребления. Для растений и животных это так же важно, как и для человека. Азот — составная часть протеина, который представляет собой строительный материал для человеческого тела. Без этого вещества никто не смог бы вырасти или восстановить поврежденные ткани.

В то время как кислород составляет 21 % воздуха, которым мы дышим, азота в нем содержится 78 %. Над одним квадратным километром земной поверхности находится примерно 7 200 000 тонн азота. Это бесцветный газ без вкуса и запаха, который слабо растворяется в воде. Может показаться, что раз азот находится повсюду в окружающем воздухе, то живому существу очень легко его получать. Но человек не может потреблять чистый азот. При вдыхании он поглощает кислород. Поэтому азот полезен лишь тогда, когда в сочетании с другими веществами он образует соединения.

В природе существует лишь несколько растений, способных поглощать из воздуха чистый азот. К ним относятся бобовые: фасоль, горох и клевер. Но все растения способны использовать простые азотные соединения из почвы, в которой они растут. Поэтому в природе существует азотный цикл, позволяющий поддерживать жизнь растениям и животным. Растения получают из почвы простые азотные соединения и соединяют их с углеродом, чтобы получить протеин. Животные получают азот, поедая растения.

Азот возвращается в землю в гиде отбросов. Определенные бактерии превращают эти отходы опять в простые азотные соединения, и растения могут использовать их опять. Так завершается цикл. Запасы азота пополняются также бактериями, которые забирают азот из воздуха и накапливают его в почве.

Человек очень своеобразно относится к бактериям. Все мы знаем, что многие бактерии вредны. Такие болезни, как тиф, холера, дифтерия, воспаление легких и все инфекции в открытых ранах возбуждаются определенными видами бактерий. Поэтому люди ведут борьбу с этими бактериями. И все же, не будь других бактерий, жизнь на Земле была бы невозможна! Человек размножает некоторые виды бактерий, потому что нуждается в них и использует. Обычно считается, что бактерии стоят на самой низшей ступени в царстве растений. Каждая бактерия представляет из себя отдельную частицу живой материи без ядра. В среднем их размер составляет около 0,001 мм в диаметре. Некоторые из них настолько малы, что их даже невозможно разглядеть в обычный микроскоп.

Бактерии обычно встречаются в трех формах: круглые кокки, бациллы в виде палочек и спиралеобразные спириллы. Размножаются они простым делением на две части. При благоприятных условиях они воспроизводятся очень быстро. К счастью, у природы существует несколько способов контролировать это размножение. В противном случае бактерии заняли бы собой всю поверхность земного шара. Бактерии, вызывающие гниение мертвых растений и животных, очень полезны для человека. Не только потому, что они разлагают мертвые ткани на простые соединения, из которых те состоят, но еще и потому, что без бактерий гниения земля покрылась бы бесполезным мертвым веществом и не осталось бы места для живого.

Некоторые другие бактерии полезны тем, что они вызывают ферментацию. Наиболее известны такие виды ферментации, как скисание молока и брожение сладких фруктовых соков. Многие промышленные процессы обязаны своим существованием ферментирующему действию бактерий. Созревание сливок, из которых получается отличное масло, тоже основано на ферментации. Многие сыры получили свой изысканный вкус благодаря продуктам бактериальных процессов. И как мы знаем, растения не могут жить без бактерий, которые соединяют азот с другими элементами, чтобы получать нитраты, используемые растениями.

Если слабый раствор сахара на несколько дней оставить на воздухе, то на его поверхности появится легкая пена и от него начнет исходить запах алкоголя. Такая реакция происходит из-за того, что в жидкость из воздуха попадают крошечные растительные клетки, которые называются дрожжами. Они попадают в условия, благоприятные для их роста. Человеку уже давно известно, что этот процесс существует, и в течение тысяч лет люди использовали его для изготовления всевозможных алкогольных напитков.

Сахарные растворы, сделанные из патоки, картофеля, ржи, пшеницы, солода и хмеля, яблок и винограда, подвергались воздействию воздуха для получения спирта, виски, пива, эля, сидра и других напитков. Возможно, кто-то случайно заметил, что если и тесто для выпечки хлеба постоит некоторое время, то в нем часто происходит специфический процесс. Плоская поверхность теста таинственным образом начинала вздуваться и подниматься. От него исходил странный, но приятный запах. Когда это тесто выпекалось, вместо плоской тяжелой лепешки из него получался легкий, пористый, мягкий хлеб!

В 1857 году Луи Пастер объявил, что нашел объяснение этим изменениям, которые, по его словам, происходили по вине крошечных одноклеточных растений, названных дрожжами. Дрожжи принадлежат к семейству грибков и представляют из себя маленькие, круглые, бесцветные частицы. Они крупнее обычных бактерий, но все же настолько малы, что их потребуется уложить в ряд от 1200 до 1600, чтобы получить цепочку длиной в 1 сантиметр. Дрожжевые клетки размножаются почкованием. Это означает, что от них отходят отростки, которые отрезаются от родительской клетки клеточной оболочкой. В конце концов отростки достигают полного размера. По мере роста они вырабатываю вещества, которые называются цимаза и инвертаза. Эти вещества называются бродильными, и они обладают способностью ферментировать крахмал в сахар, а сахар — в алкоголь и двуокись углерода. По ходу ферментации образуется и поднимается двуокись углерода. Затем она улетучивается, оставляя алкоголь.

Пиво, эль, вино и сидр представляют из себя ферментированные напитки, в которых дрожжи превратили часть сахара в двуокись углерода и алкоголь. В пекарном деле двуокись углерода собирается в тесте пузырьками, отчего тесто поднимается. Жар в печи потом удаляет двуокись, а хлеб становится пористым и легким.