Проблемы защиты от биоповреждений

3

Курсовая работа

Тема: «Проблемы защиты от биоповреждений»

Введение

Бурное развитие техники, освоение необжитых территорий, активное градостроительство, создание новых материалов сделали проблему биоповреждений одной из наиболее актуальных и научно-практических проблем. Человек издавна боролся с обрастанием судов, с молями и кожеедами, с дерево разрушающими грибами, однако все это составляло лишь ничтожную долю тех потерь, с которыми он столкнулся в наши дни, и тех усилий, которые он вынужден тратить на защиту от биоповреждений. Бактерии, грибы, лишайники, водоросли, высшие растения, простейшие, кишечнополостные, черви, мшанки, моллюски, членистоногие, иглокожие, рыбы, птицы, млекопитающие - таков перечень групп, представители которых выступают в роли биоповреждающих агентов, нанося огромный ущерб хозяйству человека.

Мишенью биоповреждающего действия стали кирпичные и каменные здания и строительные сооружения, древесина и разнообразные изделия из нее, металл и металлические изделия, бумага, документы, фото архивы, библиотечные фонды, музейные ценности, краски, клеи, кожи, шерсть, одежда, обувь, стекло, силикаты, оптика, разнообразные пластмассы, полимеры, резины, радиоаппаратура и электрооборудование, дорожные покрытия, транспорт и многое другое. В одних случаях живые организмы разрушают материалы и изделия, в других - ухудшают их технологические характеристики и свойства, в-третьих, - затрудняют нормальную работу.

Однако защита материалов и изделий от биоповреждений - это только одна сторона проблемы, один круг задач. А нельзя ли биоповреждающих areufbi заставить работать на человека? В наше время планета все более «захламляется» старыми изделиями и материалами, и нам все труднее избавляться от них. Биоразрушение - новое перспективное направление в проблеме биоповреждений, изучающее возможности живых организмов именно с этой точки зрения.

Что означает решение проблем защиты от биоповреждений для народного хозяйства нашей страны? Это прежде всего повышение ресурсов эксплуатируемой техники, изделий, лучшая сохранность промышленных сооружений, памятников культуры. Это экономия материалов, а следовательно, экономия сырья, более рациональное его использование. Защищая изделия из древесины от биоповреждений, мы сохраняем наши леса, а значит, улучшаем нашу среду.

Проблемы защиты от биоповреждений требуют комплексного решения. Они являются частью биосферных программ, поскольку создаваемые человеком материалы и изделия становятся частью биосферы. Это проблемы не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня, ибо создавая новые материалы и изделия, мы должны учитывать, как они будут работать завтра, как их будут разрушать живые организмы, как к ним будет относиться биосфера. Мы должны думать об экологическом «иммунитете» того, что создаем. Проблемы решаются в тесном взаимодействии ученых и практиков. Об их совместной работе и рассказывается в данном сборнике.

1. Биоповреждения - эколого-технологическая проблема

Для борьбы с различными биоповреждающими агентами и защиты от них человечество использует различные методы - химические, механические и т.д. Средства разные, но подходы в сущности были одинаковые: обнаружил биоповреждающее действие - защищайся, нет биоповреждающего действия - живи спокойно. Такая стратегия, направленная на то, чтобы защититься от уже возникших неприятных ситуаций, ликвидировать их последствия, с давних времен была основной в борьбе с биоповреждениями. Она является основной и в настоящее время. Она защищала материалы и изделия в прошлом, она защищает их теперь. Но мы все отчетливее ощущаем недостатки подобной системы и вынуждены все чаще задумываться о ее модернизации. В самом деле, «сиюминутная» стратегия имеет ряд крупных недостатков.

Во-первых, она не обеспечивает прогнозирования и не способна предусмотреть защиту от биоповреждений в условиях завтрашнего дня; она, собственно, и не ставит таких задач ни перед учеными, ни перед практиками. А такая задача очень важна: одни изделия работают годы, другие - десятки лет, третьи, как, например, архивные ценности, мы просто обязаны хранить столетиями. Что ждет изделия завтра, об этом ученые и практики должны думать сейчас. В химическую структуру создаваемых полимеров должны вноситься элементы, обеспечивающие материалу биоцидные свойства, способные защищать материал от живых организмов долгие годы. Пропитывая древесину, мы должны думать о завтрашнем дне, о ее сохранности на долгие годы вперед.

Во-вторых, подобная стратегия не учитывает взаимодействия живых организмов - биоповреждающих агентов между собой. Между тем, биоповреждающее действие сплошь и рядом является результатом атак не одного вида, а многих, принадлежащих к разным, подчас далеким систематическим группам. Днища кораблей обрастают моллюсками, ракообразными, водорослями. Древесину поражают многие виды грибов и насекомых, шерстяные изделия портят несколько видов молей, с самолетами сталкиваются чайки, врановые, голуби и т.д. Биоповреждающие действия - это суммарный эффект их соединенных усилий, и этот эффект зависит от состава участников и их взаимоотношений между собой. И конечно, от этого зависят те меры защиты, которые мы должны применять.

В-третьих, «сиюминутная» стратегия не учитывает связей живого организма - биоповреждающего агента с окружающей средой. Заметим, что это обстоятельстве существенно влияет на биоповреждающий эффект и средства защиты, которые против него применяют. В одних условиях защищают одни средства, в других- иные. В различных условиях биоповреждающее действие на один и тот же материал оказывают разные виды. Степень биоповреждающего действия зависит от окружающих условий. Не учитывать этого обстоятельства не может ни практик, ни ученый.

В-четвертых, стратегия, направленная на решение узких конкретных задач, не предусматривает общих экономико-статистических оценок биоповреждающего действия и защиты от него в масштабах страны и не может обеспечить получение таких оценок. А без этого трудно разрабатывать меры защиты, оценивать их эффективность, давать рекомендации различным отраслям народного хозяйства.

Следовательно, если говорить кратко, разработка эффективных мер защиты от биоповреждений требует комплексных подходов как в научно-исследовательской работе, так и в проводимых практических мероприятиях. На какой основе мы должны вырабатывать такие комплексные подходы, которые объединят бесконечное разнообразие ситуаций, связанных с биоповреждениями?

Попробуем взглянуть на проблему биоповреждений с обще экологической точки зрения. В широком смысле биоповреждения - реакция окружающей среды, биосферы на то новое, что вносит в нее человек. Создаваемые человеком материалы и изделия включаются в естественные биоценозы, становятся их функционирующей частью, вовлекаются в естественные процессы, протекающие в биосфере. В некоторых случаях биосферная роль материалов и изделий настолько активна, что они группируют вокруг себя новые, искусственные сообщества, становятся их важнейшим звеном. В этом случае биоповреждающее действие будет усиливаться или ослабляться в зависимости от того, какие партнеры по сообществу с ними взаимодействуют и их окружают. «Единицей» биоповреждающего действия становится не один вид, а целое сообщество, сформировавшееся вокруг этого вида.

Человек заинтересован в том, чтобы созданные им новые материалы и изделия в определенных экологических условиях работали, не подвергаясь нападению живых организмов, а затем, отработав, разрушались с их помощью. Образно говоря, задача сводится к тому, чтобы материалы и изделия обладали экологическим «иммунитетом» по отношению к живым организмам, который определял бы оптимальный для человека регламент их существования. Таким образом, во всех ситуациях, связанных с биоповреждениями, взаимодействуют два начала. Одно из них - живой организм и окружающая среда, в которой он живет и в которой существует объект его нападения - мишень, представленная творениями рук человека и олицетворяющая собой второе начало. Это дает нам основание считать проблему биоповреждений эколого-технологической проблемой, изучающей взаимоотношения, взаимодействия двух компонентов - экологического и технологического - прежде всего с точки зрения их значения для хозяйственной деятельности и существования человека в окружающей среде. Признание этого обстоятельства означает важный шаг в решении проблемы.

Основная стратегия борьбы с биоповреждениями сегодня - локальная защита материалов и изделий, решение конкретных «сиюминутных» задач. В соответствии с этим на первых этапах проблема развивалась по отдельным узким направлениям, почти не связанным между собой. Жизнь показала неправильность таких подходов, поставила вопрос о комплексировании, взаимодействии. В настоящее время между отдельными направлениями налаживаются связи, складывается ядро участников. Ученые и практики обсуждают круг основных задач, терминологию. Проблема приобретает свое лицо как самостоятельная область, возникшая на стыке различных наук и отраслей хозяйства. Контакт биологических, химических и технических партнеров имеет особое значение в решении проблемы биоповреждений. От них пришли сюда идеи и методы. Они поставляли кадры, успешно работающие в области защиты от биоповреждений. Сегодня они активно участвуют в инвентаризации биоповреждений и в решении других задач.

Инвентаризация биоповреждающих агентов, повреждаемых ими материалов, и изделий имеет огромное значение. Каталог биоповреждений, включающий живые организмы, повреждаемые объекты, а также методы защиты, необходим для разработки программ по прогнозированию и перспективным мероприятиям, для создания новых материалов с биоцидными свойствами. За весь предшествующий период сделаны только первые шаги в выявлении биоповреждений, их каталогизации. Это объясняется не только разнообразием живых организмов, нападающих на материалы и изделия, но и тем, что круг организмов - биоповреждающих агентов - все расширяется. Появляются новые материалы и изделия, и биосфера использует новые средства и формы защиты. В этом смысле задача каталогизации является «вечной» и в то же время она должна решаться сегодня. Важным этапом этой работы должна стать классификация биоповреждений. Классификация определит направления дальнейших поисков, позволит прогнозировать хозяйственные ситуации, связанные с биоповреждениями.

На пути создания классификации мы встречаем немало трудностей. Первой из них является незавершенность инвентаризации. На сегодняшний день наши знания о биоповреждениях напоминают сложную мозаику «конфликтных» взаимоотношений живых организмов, материалов и изделий в условиях почвы, водной и наземной сред. Оценка и анализ хозяйственных ситуаций, связанных с биоповреждениями, не могут осуществляться путем перебора всех ячеек мозаики - это делает задачу классификации невыполнимой, по крайней мере, в обозримое время. В проявлении биоповреждающих свойств в различных группах животных, растений и микроорганизмов, различных классах материалов и изделий, в их взаимоотношениях друг с другом следует искать сходные, параллельные черты, познание которых может послужить основой для классификации.

Изучая живые организмы как Биоповреждающие агенты, мы должны учитывать, - что эти организмы в естественных биоценозах имеют свои природные мишени, «защищенные» самой природой. Взаимоотношения организмов с объектами их нападения в природных условиях могут подсказать новые подходы к разработке классификации биоповреждающих явлений и новые способы защиты от биоповреждений.

Проблема биоповреждений ни в теоретическом отношении, ни практически не может решаться вне обще экологических и технологических программ, направленных на защиту окружающей среды от загрязнений. Используя живые организмы, мы очищаем планету от старых отработавших свой срок материалов и изделий. Защищая действующие нужные нам материалы и изделия от биоповреждений с помощью химических средств защиты, мы в то же время в какой-то степени загрязняем этими средствами окружающую среду. Процессы биоповреждения действующих материалов и биоразрушения отработавших протекают в одних и тех же экологических условиях, и наша задача заключается в том, чтобы защититься от одних и поставить на службу человеку другие.

2. Микроорганизмы - агенты биоповреждений

Благодаря широкому распространению в природе, разнообразному набору ферментов микроорганизмы способны использовать для питания и местообитания различные субстраты, вызывая разного рода их разрушения или приводя их в состояние негодности. Такими субстратами могут быть промышленные изделия, деловая древесина и постройки из нее, топливо, смазочные масла и другие нефтепродукты, музейные ценности, книги, документы и всевозможные изделия из бумаги, оптическое стекло и многое другое. Например, по данным литовских ученых, наблюдается постоянное развитие грибов на деталях телевизоров, изготовленных из фенопласта, смолы капроновой, на некоторых покрытиях и красителях и прочих материалах. Повреждающими агентами могут быть грибы, особенно микроскопические, бактерии, отчасти водоросли и лишайники, иногда высшие растения. Грибы - наиболее активные и наиболее частые виновники биоповреждений, поэтому основное внимание в данном разделе мы уделим этим организмам.

Воздействие микробов на изделия и материалы может быть прямым и косвенным. При прямом воздействии весь материал или его составная часть, используемая микробами в качестве источника энергии и необходимых для него питательных веществ, приходят в негодное состояние. Например, гриб Cladosporium rcsi-пае использует углеводороды продуктов переработки нефти в качестве единственных источников углерода. От этого портятся нефтепродукты, а скопление сгустков мгшслня в путях подачи топлива в моторы может быть причиной аварии самолетов. О случаях аварий самолетов, связанных с развитием в реактивном топливе микроорганизмов, сообщают американские ученые. Кроме того, этот гриб при развитии на нефтяных маслах образует органические кислоты (винную, щавелевую), которые вызывают коррозию резервуаров для хранения топлива и являются субстратом для вторичной микрофлоры, довершающей разрушение нефтепродуктов.

Под влиянием ферментов грибов, поселяющихся на бумаге или изделиях из нее (книгах, документах и т.п.), увеличивается ее ломкость, появляются пятна, портящие ее внешний вид и т.д. Сходные разрушения они причиняют текстильным изделиям, произведениям искусства и т.п. Шерстяное волокно, инфицированное бактериями, теряет прочность более чем на 50%, причем разрушение его наиболее интенсивно происходит при высокой влажности воздуха. Поражение грибами искусственных кож приводит к снижению прочности сцепления пленок волокнистой основы и к резкому снижению жесткости кож в обоих направлениях. Некоторые грибы влияют на прочность склеивания древесных материалов.

II. П. Блинов считает, что биологическая коррозия материалов связана с воздействием на них органических кислот, продуцируемых грибами или другими микроорганизмами. Такой тип коррозии известен при развитии грибов на металлах, оптическом стекле и многих других материалах. 3. А. Туркова, изучавшая кислотообразование грибов, развивающихся на изделиях медицинской техники, показала, что по интенсивности кислотообразования они разделяются на три группы. К первой относятся грибы, дающие стойкое закисление и, вероятно, вызывающие наиболее сильную коррозию изделий; ко второй - грибы, вызывающие временное закисление среды, и к третьей - грибы, почти не образующие кислот. Каждой из групп кислотообразователей соответствуют определенные виды грибов, поэтому по составу микроорганизмов, обнаруживаемых на тех или иных изделиях, можно прогнозировать возможную степень их разрушения. Интересно, что музейные культуры обладают меньшей активностью кислотообразования, поэтому для испытания активности грибов следует пользоваться свежее выделенными культурами. Не только продукты обмена, но и механическое воздействие грибов могут разрушать субстрат. Например, некоторые виды шляпочных грибов способны разрушать асфальтовые, и даже бетонные покрытия за счет давления, развиваемого вырастающими под слоем покрытия плодовыми телами. Описан случай разрушения бетонного и асфальтового пола в Ленинграде плодовыми телами шампиньонов. При этом грибница в виде белых шнуров пронизывала куски цементированной щебенки, распространяясь по различным трещинам. Мицелий местами скапливался, утолщался и вместе с развивающимися плодовыми телами давил на покрытие, приподнимая и разрывая его. Интересный случай произошел при строительстве Киевского метро. Продувание кислорода при проходке тоннеля активизировало деятельность тионовых бактерий, что привело к повышению содержания в подземных водах серной кислоты, быстро разъедавшей металлические конструкции тоннеля.

Большинство грибов, вызывающих повреждения, - сапротрофы, встречающиеся в природе на различных субстратах (в почве, органических остатках, в воде) и оттуда переходящие на материалы и изделия. Свойство ассимилировать углеводороды (парафин, дизельное топливо) широко распространено у мукоровых, пенициллов, аспергиллов и фузарнев, обычно живущих в почве или в других местах, как сапротрофы. Это указывает на то, что все подобные грибы при попадании на нефтепродукты могут быть причиной их повреждений. Однако не всегда материалы и изделия заражаются извне. Некоторые грибы, повреждающие древесину, начинают свою разрушительную деятельность, поселяясь сначала на живых деревьях, а затем продолжают ее уже на мертвой древесине и на различных изделиях из нее. Группа грибов, называемых домовыми, не живет на живой древесине, а разрушает деревянные постройки или деревянные конструкции зданий. Шпалы чаще всего разрушает так называемый шпальный гриб, известны грибы, преимущественно развивающиеся на столбах и заборах.

На некоторых субстратах сложился постоянный состав повреждающих их микроорганизмов, причем часто наблюдается довольно хорошо выраженная последовательность заселения ими того или иного материала или изделия. Сначала поселяются наиболее специфичные для данного субстрата микроорганизмы, обладающие coответствующими ферментами и начинающие процесс разрушения. Затем их сменяет - группа микробов, использующих уже начинающий разрушаться субстрат, и наконец, наступает очередь организмов, живущих уже на полностью разрушенных материалах. Таким образом, материалы (особенно уже давно используемые человеком) представляют собой экологическую нишу обычно с постоянным составом и уже сложившейся сменяемостью поселяющихся на них микроорганизмов.

Специфичные грибы живут и на других материалах. Как увидим ниже, на оптическом стекле развиваются свойственные этому субстрату грибы из рода Aspergillus, растущие на сухих материалах, не содержащих воду в жидком состоянии (стекла, металлы). По-видимому, появление таких необычных рас - процесс длительной эволюции, связанный с возникновением у грибов свойств, позволяющих им жить в необычных условиях. Наличие таких рас и биотипов у видов грибов и бактерий, вызывающих повреждения, известно. Подобные расы различаются по степени повреждения разных но химическому составу, но одноименных видов материалов. Например, у гриба Cladosporium resinae, повреждающего нефтепродукты, выявлены две расы, утилизирующие разные по составу углеводороды.

Новые формы микроорганизмов могут возникать путем мутаций, причем мутагенным фактором бывают вещества (препараты), употребляемые для защиты материалов от биоповреждения. Появляющиеся новые расы в дальнейшем способны закрепляться и вытеснять уже существующие, если найдут Достаточно подходящие условия для своего развития. Имеются сведения, что некоторые химические вещества, применяемые для защиты от биоповреждений материалов и изделий (соединения олова, паранитрофенол и др.), изменяют морфологические свойства грибов, вызывают у них уродливые спороношения. Известно и непостоянство состава микроорганизмов, вызывающих повреждения некоторых материалов. Например, показано, что видовой состав грибов, разрушающих деревянные крепи и шиферную ткань, из которой изготавливают изоляционные трубы в подземных горных выработках, зависит ют того, какие виды грибов заносятся вместе с крепежным лесом. Поскольку лес поступает из разных мест, то соответственно меняется и состав занесенных грибов. Ограниченные размеры статьи не позволяют рассмотреть все микроорганизмы, вызывающие повреждения материалов, поэтому расскажем о наиболее известных. Древесина и изделия из дерева. Встречается несколько типов повреждения древесины микроорганизмами.

1. Окрашивание древесины в разные цвета, чаще всего в серо-синий (синева), но известны бурая, красная, коричневая и другие типы окраски. Синеватую окраску вызывают некоторые сумчатые и несовершенные грибы, зеленую - хлоросплениум, красную - пеипофора, малиновую - фузарин и т.д.

Грибы, окрашивающие древесину, широко распространены в природе на разных субстратах; они одними из. первых появляются на свежесрубленных деревьях, по могут поселяться и на давно срубленных. Сначала грибы поражают поверхность древесины, затем проникают внутрь по сердцевинным лучам, снижая ее сортность (в некоторых случаях до 30% понижается сопротивляемость древесины ударным нагрузкам).

Дереворазрушающие грибы развиваются на мертвой древесине, разрушая ее иногда почти полностью. По классификации С.Н. Горшина, дереворазрушающие грибы делятся на несколько групп. Домовые грибы поражают всякого рода постройки или части их (наиболее интенсивно в условиях достаточного тепла и повышенной влажности). Почвенные грибы повреждают сооружения, в той или иной мере погруженные в почву (шпалы, сваи мостов и т.п.). Атмосферные грибы вызывают поверхностную гниль в гидросооружениях, на кровлях и заборах.

В отдельную группу выделяют плесневые грибы, в определенных условиях поселяющиеся на древесине и других органических материалах. При продолжительном развитии плесневые грибы могут глубоко проникать в толщу древесины и частично разрушать ее клеточные оболочки. Особенно вредят плесневые грибы в районах влажных тропиков и субтропиков.

Каждая из описанных групп грибов, развивающихся на древесине, имеет специфический видовой состав.

Для борьбы с биоповреждениями производят защитную обработку и пропитку древесины разного рода химическими веществами.

Бумага и изделия из нее. Бумага - один из субстратов, наиболее подверженных биоповреждениям, вызываемым главным образом грибами, реже бактериями. Особенно страдают книги, документы и рукописи. Грибы для питания используют не только бумагу, но также клеи, ткани, кожу, краски, нитки, т.е. все материалы, составляющие книгу. Многие из грибов усваивают крахмал, желатин, столярный клен, казеин, лишая бумагу и переплет проклейки. Л.А. Белякова считает, что грибы в течение немногих месяцев способны разрушать до 10-60% волокна в бумаге. Развитие грибов на бумаге, помимо увеличения ее ломкости, часто сопровождается появлением пятен разной окраски как результат воздействия грибов на клетчатку, выделения грибами пигментов или проникновения окрашенного мицелия грибов между волокон бумаги и внутрь их. экологическую нишу антропогенного характера (т.е. в ее создании участвует в той или иной мере человек), которая эволюционирует (изменяется) по мере изменений свойств бумажных фондов и условий их хранения.

Основные меры борьбы с биоповреждениями бумаги, книг, документов и других изделий из бумаги - правильное храпение в условиях, предусмотренных соответствующими инструкциями, использование дезинфицирующих веществ в составе клея или иным путем для подавления развития микроорганизмов.

Произведения искусства. Сохранность произведений искусства зависит не только от физических и химических факторов, ускоряющих процессы старения, но и от биологических: развития на них лишайников, водорослей, бактерий и грибов. В результате длительного их воздействия происходит разрушение скульптур, памятников архитектуры, произведений изобразительного и прикладного искусства.

Лишайники, в основном корковые, растут на наружных стенах соборов и церквей, в местах скопления влаги. Водоросли, чаще хлорококковые, встречаются на освещенных и увлажненных участках монументальной живописи. Наиболее.сильно от воздействия микроорганизмов, в основном плесневых грибов, страдают произведения изобразительного и прикладного искусства. Микроскопические грибы поражают станковую и монументальную живопись, текстильные художественные ткани, изделия из дерева, кожи, кости, перламутра, керамики. В Италии в результате наводнения отмечалось обильное развитие грибов на фресках и иконах. В музеях Индии плесневые грибы поселялись на изделиях из кожи и текстиля. Наиболее часто на произведениях искусства встречаются грибы из родов Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Cephalosporium.

Грибы, повреждающие живопись, развиваются как на ее поверхности, так и во внутренних слоях, поскольку все слои живописи могут служить источником питания для грибов: холст, древесина, бумага, грунтовые прослойки - клеевые, масляные, па основе яичного желтка; проклейки - клей; живописный слой - масляные краски, темпера. Наиболее агрессивные виды грибов используют питательные вещества из всех слоев картины, прорастая ее насквозь. Образуя различные на

На бумаге и изделиях из нее сложился определенный комплекс грибных организмов - постоянное их сообщество, характерное для данных материалов и тех или иных условий хранения. Ю.П. Нюкша различает следующие группы грибов, повреждающих бумагу.

Постоянно встречающиеся на бумаге, проникающие в волокно, разрушающие целлюлозу и поэтому способные приводить бумагу в состояние распада. В эту группу входят многие несовершенные грибы.

Грибы, постоянно встречающиеся на бумаге, но обладающие меньшей разрушительной силой, чем предыдущие, утилизирующие продукты распада бумаги, вызванного грибами первой группы. При благоприятных условиях грибы этой группы могут быть активными биоразрушителями. Это также в основном несовершенные грибы, но иного видового состава.

Грибы, повреждающие лишь отдельные компоненты бумаги (воск, парафин, каучук, целлофан, краски и т.п.). Это также разные виды несовершенных грибов, но более специализированные на указанных субстратах.

Грибы, иногда встречающиеся на бумаге в большом количестве, но менее вредоносные и живущие на бумаге вместе с другими грибными организмами.

Грибы случайные на бумаге, развивающиеся при каких-то благоприятных для них условиях.

Состав грибов в тех или иных местах хранения изделий из бумаги может меняться при изменении условий хранения, состава компонентов изделий, способов переработки бумажного сырья и т.д. 10. П. Нюкша считает, что грибы, развивающиеся на изделиях из бумаги, представляют собой леты, грибы закрывают живопись, искажают внешний вид. После удаления мицелия часто остаются пятна, которые не всегда молено вывести, а иногда удаление этих пятен приводит к повреждению красочного слоя. Проникая во внутренние слои произведения, гифы гриба нарушают его структуру. Грибы выделяют в окружающую среду продукты обмена, главным образом органические кислоты, меняющие цвет красок, разрушают пленку, защищающую фресковые пигменты, и приводят! гем самым к распылению красочного слоя. Пигменты, выделяемые грибами, искажают красочный слой;

Для борьбы с биоповреждениями необходимо поддерживать влажность и температуру на уровне, благоприятном для хранения экспонатов и не благоприятном для развития грибов (относительная влажность не выше 60%). Для защиты произведений искусства от плесневых грибов применяют различные антисептики. Ими обрабатывают пораженные экспонаты, а также тару для транспортировки музейных ценностей. В качестве антисептиков используют четвертичные аммониевые соединения, формалин, пентахлорфенолят натрия и др.

Оптические приборы. Для изготовления оптических приборов используют различные материалы: металл, пластмассы, кожу, лакокрасочные покрытия, ткани, оптические стекла, смазки и т.д. При их хранении и транспортировке употребляют кожаные футляры, бумагу, картон, деревянные ящики. Большинство этих материалов служит источником питания для микроорганизмов. В условиях повышенной температуры и влажности микроорганизмы могут сильно поражать материалы органического происхождения, приводя их в негодность.

Микробиологическое поражение оптических приборов (стеклянных линз, биноклей, фотоаппаратов, микроскопов и т.д.) происходит не только в условиях влажного тропического климата, но и умеренного климата. Источником питания и энергетическим материалом для микроорганизмов служат, конечно, не сами оптические стекла, а незначительные органические загрязнения в виде частиц пыли, жира, смазок и т.д. на их поверхности. Микрофлора оптических приборов представлена в основном плесневыми грибами. Среди них особое место занимают две культуры: Aspergillus penicilloides и Aspergillus tonophilus, способные расти на сухом стекле, получая необходимую влагу из воздуха. Особенно многообразен видовой состав грибов в условиях тропического климата. Плесневые грибы покрывают поверхность оптических стекол; скопление спор и мицелия снижает прохождение света и ухудшает контрастность изображения. Гифы мицелия притягивают из атмосферы много влаги, образуя капельный налет, вызывающий сильное светорассеяние. Поверхностный слой стекла под грибным Налетом со временем разрушается. После удаления мицелия на поверхности стекла остается рельефный рисунок, вытравленный продуктами метаболизма грибов (в основном органическими кислотами) и напоминающий контуры грибного мицелия. Степень повреждения стекла зависит от его кислотоупорности и длительности воздействия грибов. Наибольшее повреждение отмечено у стекол четвертого и пятого классов кислотоупорности. В результате биологического повреждения приборы могут полностью выходить из строя.

Полагают, что отсутствие роста грибов на некоторых типах стекла в ряде случаев обусловлено либо высоким значением рН (>7,5-8), создаваемым на их поверхности под действием атмосферной влаги, либо выщелачиванием некоторых тяжелых металлов (например, Си, Сг, Аи), оказывающих токсическое воздействие на споры грибов.

М.С. Родионова с сотрудниками отечественные оптические стекла по степени обрастания плесневыми грибами разделяет на три группы. К первой группе относятся неустойчивые с*текла, на их поверхности наблюдается сильный мицелиальный рост грибов, а иногда и спорообразование; к этой группе относится большинство оптических стекол. Ко второй - малоустойчивые, на их поверхности наблюдаются прорастание спор и слабый рост мицелия. К третьей группе относятся устойчивые стекла, на их поверхности споры грибов не прорастают.

Микроорганизмы, развивающиеся на материалах, прилегающих к поверхности оптических деталей (например, смазки), могут распространяться и на оптические стекла, используя их как субстрат. Установлено, что смазки, применяемые в оптике, не грибостойки, поэтому для их защиты рекомендуют добавлять к ним гексилрезорцин или 4-капроилрезорцпн.

Просветляющие и защитные от влаги покрытия, которые наносят на поверхность оптических стекол, также могут заселяться плесневыми грибами. В этих случаях необходимо применять специальные методы защиты. В работах М.С. Родионовой с сотрудниками указывается, что наиболее эффективна защита нестойкого оптического стекла путем создания на его поверхности прочного фунгицидного покрытия, содержащего ртутные соединения и не влияющего на оптические характеристики деталей. В некоторые приборы с целью предохранения их от биоповреждений во время хранения и транспортировки вводят летучие фунгициды, в результате этого создаются неблагоприятные условия для развития плесневых грибов во внутренних полостях приборов. Так, для защиты биноклей вводят внутрь прибора летучий фунгицид хроматциклогексиламин.

Развитие микроорганизмов на материалах и - изделиях приводит к ухудшению их физико-химических и эксплуатационных свойств, поэтому повышение биостойкости материалов и изделий, а также защита их разными способами - задача первостепенной важности, особенно в свете необходимости улучшения их качеств.

3. Насекомые - разрушители материалов

Красочный мир насекомых поражает богатством и разнообразием форм, а по численности видов и обилию населения он не имеет равных среди животных. Насекомые присутствуют во всех географических зонах Земли от северных полярных островов до антарктического побережья, достигая наибольшей численности в тропическом поясе. Они заселили всевозможные водоемы, почву, травянистую и древесную растительность, сожительствуют с разнообразными животными и проникают в жилище человека. В тайге и степи, в пустыне и на болоте, в поле и на лугу, в городе н селе - всюду обитают эти шестиногие существа.

Пищевые связи насекомых столь многообразны, что в природе трудно найти какой-либо субстрат, растение или животное, которые бы в той или иной степени не подвергались нападению насекомых. Вместе с тем в каждом конкретном случае пищевая специализация отдельных видов более или менее узко определена, и питание их может быть приурочено не только к определенным видам растений, но и к отдельным органам н тканям. Так, среди растительноядных насекомых - фитофагов можно выделить короедов, лубоедов, заболонников и дровосеков. Все они относятся к стволовым вредителям, но повреждают разные ткани дерева.

Листья, составляющие основную массу зеленого царства растений, подвергаются нападению особенно многих насекомых. Среди них встречаются такие прожорливые, как саранча, колорадский жук, гусеницы многих бабочек, которые полностью уничтожают листву и часто губят посевы культурных растений. Некоторые мелкие гусеницы, не способные целиком сгрызать весь лист, выедают мягкие его ткани, лишая растение способности к фотосинтезу. Тли, червецы, щитовки высасывают соки растений, а гало образователи, воздействуя на их ткани, вызывают причудливые разрастания и изменение биохимического состава.

Целый комплекс насекомых связан» с наиболее питательной. частью растения - плодами, вместе с которыми они переходят с живого растения в хранилища и становятся активными вредителями продовольственных запасов.

Насекомые нападают не только на живые растения, но и на отмершие их скелеты, участвуя в непрерывном процессе деструкции растительных остатков. Многие виды питаются уже сильно разложившимся детритом, в котором основную пищевую ценность составляют различные микроорганизмы.

С позвоночными животными и человеком тесно связан комплекс разнообразных насекомых. Среди них имеются гнездовые и норовые паразиты, свободно летающие кровососы, пухоеды и власоеды и даже полостные оводы, личинки которых развиваются в теле хозяина. Копрофаги приспособились утилизировать уже один раз переваренную другими животными пищу.

Пищевые связи прежде всего определяют ту колоссальную роль, которую насекомые играют в живой природе. Без насекомых-опылителей невозможно существование большинства цветковых растений. Без насекомых-прокормителей не могут существовать певчие птицы и многие животные; без насекомых санитаров земля покрылась бы массой мертвых растений, крайне затруднилось бы разложение трупов животных и их экскрементов. Эту важную роль насекомых в природе необходимо учитывать во всех хозяйственных мероприятиях, стараясь по возможности меньше нарушать сложившиеся веками сообщества и связи.

Однако человек не может вести себя нейтрально по отношению ко всем насекомым, часть которых давно стала его злейшим врагом. Практические потребности вызвали необходимость развития как общей энтомологии - науки о насекомых, так и ее прикладных направлений - сельскохозяйственной, лесной и медицинской энтомологии. В поле зрения последней находятся многочисленные кровососущие насекомые, которые, в массе нападая на человека, не только причиняют ему беспокойство, резко снижают производительность труда, но и могут быть переносчиками опасных заболеваний.

В лесном хозяйстве вред от насекомых особенно остро проявляется в периоды вспышек массового размножения вредителей, которые приводят к полному оголению лесов «и часто сопровождаются пожарами и размножением вторичных» вредителей. В итоге гибнут большие лесные массивы. Чтобы предотвратить огромные потери леса, приходится прибегать к массовой авиахимической обработке, которая имеет многочисленные отрицательные побочные следствия, уничтожая полезную фауну и загрязняя ядохимикатами большие территории, в том числе и водоемы. В последние годы на смену химическим обработкам все чаще приходят биологические методы борьбы с помощью либо самих насекомых, паразитирующих на вредителях, либо специфических микроорганизмов, поражающих только определенные виды вредных насекомых.

Выращивание культурных растений на больших площадях создает исключительно благоприятные возможности для размножения некоторых вредных насекомых, в результате чего теряется значительная часть урожая. Современная сельскохозяйственная энтомология и служба защиты растений располагают богатым арсеналом средств уничтожения насекомых, используют специально разработанные для различных культур и климатических зон системы мероприятий, снижающие численность вредителей до экономически несущественного уровня. И все же, несмотря на вековой опыт, могучую технику и многочисленные высокоэффективные химические препараты, потерн урожая от вредителей еще очень велики.

С древнейших времен человек окружал себя различными вещами - орудиями труда, предметами быта, строил жилища, шил одежду и обувь. Для этого использовались прежде всего природные растительные и животные материалы. Естественно, вслед за этими материалами в дома и другие постройки двинулись насекомые из окружающей природы. В течение последнего века количество п разнообразие вещей, которыми пользуется человек в быту и на производстве, увеличились в сотни и тысячи раз. Соответственно возросло и экономическое значение повреждении их биологическими агентами, среди которых немалая роль принадлежит насекомым.

Только на территории нашей страны зарегистрировано более 200 видов насекомых, способных повреждать различные материалы и изделия. Конечно, не все они в одинаковой степени опасны; проявляют себя наиболее часто п причиняют особенно значительный ущерб примерно 80 видов. Большинство из них относится к двум крупнейшим отрядам и включает около 50 видов жуков и более 20 видов бабочек. Остальные единичные виды вредителей представляют отряды термитов, сеноедов, перепончатокрылых и щетинохвосток (табл. I).

Наиболее тесная связь насекомых наблюдается с материалами растительного и животного происхождения, которым они причиняют пищевые повреждения. Круг растительных материалов и изделий, которые страдают от насекомых, довольно широк. В него входят древесина всех пород в виде бревен, досок и других строительных материалов; мебель, изделия из древесины, луба, пробки, соломы, хлопка, льна; продукты переработки древесины: бумага, картон, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, фанера и ряд других. Из материалов животного происхождения насекомые повреждают шерсть, кожу, меха, волос, щетину, пух, перо и всевозможные изделия из этих продуктов. Часто важным стимулирующим фактором для насекомых является наличие в изделиях мучного или костного клея, способствующею наиболее интенсивному повреждению.

Объектом нападения многих насекомых могут быть ботанические гербарии и зоологические коллекции. В музеях, где имеются предметы из самых разнообразных материалов, набор вредителей довольно велик. Только в европейской части СССР там обнаружено более 40 видов вредных насекомых. Из них чаще и сильнее других вредят мебельный, домовый и хлебные точильщики, музейный жук», кожееды, притворяшка вор, платяная и мебельная моли, размножающиеся иногда в больших количествах. В библиотеках и архивах иногда в огромных массах появляются жуки-притворяшки и кожееды, хлебный точильщик, чешуйницы и сеноеды.

Кроме пищевых повреждений, которые часто приводят к полному уничтожению материала, насекомые иногда могут портить и несъедобные для них изделия. Если пищевой субстрат насекомые активно разыскивают и часто размножаются в нем в больших количествах, то непищевые повреждения носят обычно случайный характер и чаще появляются там, где в элементы конструкций или изделий входят также природные органические материалы. При миграциях для окукливания или в поисках пищи насекомые могут повреждать самые разнообразные материалы. Среди них искусственные, синтетические и стеклянные ткани, синтетические пленки, электроизоляционные материалы, резина, многие пластмассы, тепло- и звукоизоляционные материалы и даже свинец.

Случайные повреждения изделий и материалов обычно не достигают такого масштаба, как пищевые, да и степень уничтожения материала при этом бывает значительно меньше. Обычно насекомые проделывают а несъедобном материале отдельные отверстия или выгрызают в нем немногочисленные полости. Однако, как показывает практика, и такие повреждения могут быть весьма опасны для ряда сложных радиоэлектронных установок и дорогого оборудования, где даже незначительные нарушения изоляции электрических цепей способны вывести из строя всю систему.

При развитии насекомые"не только уничтожают материал, но и загрязняют его экскрементами, личиночными шкурками, паутиной, увеличивая тем самым размеры вреда. Мелкие личинки молей и кожеедов могут причинять особый ущерб, проникая внутрь точных приборов. Оплетая их детали паутиной и даже ничего не поедая, они приводят ответственные приборы в нерабочее состояние. Известны случаи гибели самолетов из-за разрушения молью фетровых прокладок в точных приборах.

Энтомологи медицинского, лесного и сельскохозяйственного профиля в силу обилия своих прямых задач не могут уделять достаточного внимания вредителям материалов. Поэтому в последние годы в крупных музеях, библиотеках и в некоторых других организациях появились энтомологи, которые специально изучают биологические особенности конкретных форм вредителей и разрабатывают меры борьбы с ними. На повестку дня встает вопрос о целенаправленной подготовке специалистов в области защиты материалов и изделий от повреждения насекомыми и другими биологическими факторами.

Практика показывает, что как пищевые, так и непищевые повреждения материалов наиболее часто вызываются сравнительно небольшим кругом насекомых, среди которых наибольшее экономическое значение имеют древоядные, или ксилофаги, и насекомые, питающиеся материалами животного происхождения, содержащими кератин, - кератофаги. В первой группе выделяются жуки-точильщики и термиты, во второй - жуки-кожееды и моли-кератофаги. Рассмотрим подробнее каждую из этих групп вредителей.

Жуки-точильщики. Известно около 20 видов, вредящих постройкам, мебели, музейным экспонатам и другим изделиям из древесины. Личинки этих жуков развиваются во внутренних частях деревянных деталей, часто превращая их в труху, а снаружи видны лишь довольно мелкие круглые летные отверстия, через которые взрослые жуки покидают изделие.

В отапливаемых помещениях наибольший вред причиняет мебельный точильщик, который встречается как в южных, так и в северных областях нашей страны. Его личинки развиваются 3-4 года, поэтому даже специалист может обнаружить заражены детали не сразу, а лишь после первого вылета жуков. Борьба с точильщиками сильно затруднена из-за скрытого образа жизни личинок. Надежно обеззараживает изделия лишь тщательное их протравливание ядовитыми газами в герметической камере (фумигация). Более доступным способом является вымораживание, для чего изделие в зимний период выдерживают не менее 3-5 суток на морозе при температуре -20 - -25С, в результате чего личинки погибают. В связи со сложностью борьбы особенно важную роль отводят профилактическим мероприятиям. Поскольку чаще всего точильщики попадают в помещение со старыми деревянными предметами, необходимо проводить тщательное их обследование и в случае необходимости - изоляцию и фумигацию. Второй путь проникновения точильщиков в помещение - залет жуков в открытые окна. Его можно предотвратить, установив в оконных проемах металлическую сетку с ячейками не более 1,5 мм.

Основные вредители холодных построек в северных областях - северный, домовый, грабовый точильщики. Это влаголюбивые виды, их развитие связано с грибными заболеваниями древесины. В средней полосе существенный вред причиняют красноногий и особенно ребристый точильщики. Оба вида влаголюбивы, но не связаны с грибными заболеваниями древесины. В южных районах значительно вредят бархатистый, средиземноморский и крымский домовый точильщики. Они менее чувствительны к влажности, но для их развития необходима более высокая температура. У всех этих точильщиков развитие длится не менее двух лет. Борьба с точильщиками, поражающими наружные стены построек, наиболее надежна с помощью глубокой пропитки древесины раствором пента хлор фенолята натрия.

Точильщики поражают только выдержанную древесину н не вредны для других материалов, но их деятельность очень опасна для многих старинных икон, мебели и других музейных экспонатов. Не обошли они и такой бесценный памятник деревянного зодчества, как Книжн., для сохранения которого сейчас прилагают усилия многие специалисты.

Жуки-кожёеды. Кожееды представляют собой сравнительно небольшую, но очень важную в экономическом отношении группу жуков. В нашей стране кожееды распространены повсеместно, но наибольшей численности и видового разнообразия достигают в районах с сухим и жарким климатом - в пустынях и полупустынях (Казахстан, Средняя Азия, Закавказье). Многие виды кожеедов являются опасными вредителями всевозможных продуктов животного и растительного происхождения, а также некоторых неорганических материалов. Они повреждают все виды кож, фетр, войлок, шелк и т.п.

Искусственные и неорганические материалы чаще других повреждают семь видов кожеедов из родов дерместес и аттагенус. Это может происходить в трех случаях: при непосредственном питании материалом, при постройке куколочной камеры (только дерместес), при преодолении преград, отделяющих пищевой субстрат от насекомых.

Повреждения первого типа возможны, если материал включает вещества животного или растительного происхождения. Повреждения второго типа связаны с тем, что личинки кожеедов из рода дерместес перед окукливанием покидают пищевой субстрат и вгрызаются в любые находящиеся поблизости предметы для постройки куколочных камер. В зависимости от твердости материала личинки прогрызают в нем ходы длиной от 50 до 100 мм и диаметром 5 мм. Повреждения третьего типа возникают в тех случаях, когда пищевой субстрат (войлок, фетр, клей и т.д.) покрыт каким-нибудь изолирующим материалом. В поисках пищи личинки кожеедов легко прогрызают всевозможные пленки, технические ткани, резиновые прокладки.

Хозяйственные убытки, причиняемые кожеедами в настоящее время, еще не поддаются точной оценке, но представление об их масштабах могут дать следующие цифры: в США, Новой Зеландии и АРЕ только один кожеед пятнистый повреждает ежегодно запасы кож на сумму 500000 фунтов стерлингов.

Материалы неорганического происхождения больше всего повреждаются кожеедами из рода дерместес. Очень часто их личинки выгрызают многочисленные ходы в стенах каменных и деревянных построек, разрушают всевозможные звуко- и теплоизоляционные материалы. Неоднократно отмечались повреждения кожеедами различных тканей, пленок, асбеста, особенно если они пропитаны какими-нибудь веществами растительного или животного происхождения, например, костным клеем. Неоднократно отмечались также повреждений мебели, тары, различных упаковочных материалов. По данным зарубежных авторов, кожееды являются одними из серьезных разрушителей кабелей. Их личинки легко прогрызают свинцовую оболочку кабеля и могут полностью вывести его из строя.

Минимальные сроки, за которые кожееды могут повредить те или иные материалы, зависят от их прочности, времени года, биологических особенностей вредителя и других условий. Практически можно считать, что для существенных повреждений материалов животного происхождения (кожа, клей и др.) необходимо не менее двух педель. Повреждение других материалов, которыми кожееды непосредственно не питаются, может наблюдаться не ранее чем через месяц после контакта этих вредителей с объектом.

В природе кожееды размножаются в птичьих гнездах, в норах грызунов, на павших животных. Жуки разлетаются на довольно большие расстояния и могут залетать в помещения через окна. Поэтому для предотвращения размножения кожеедов большое значение имеют санитарно-гигиенические мероприятия, поддержание чистоты в помещениях и на прилегающей территории, регулярные осмотры кожевенного сырья и другой продукции, подверженной нападению этих вредителей, применение репеллентов типа нафталина и паради хлорбензола. В случае обнаружения кожеедов следует немедленно их уничтожать с помощью инсектицидов. Наилучшие результаты дает фумигация бромистым метилом.

Моли-кератофаги. Моли-кератофаги - группа насекомых, приносящая значительный ущерб хозяйству человека. Наряду с кожеедами - это основные вредители ряда материалов животного происхождения. В качестве вредителей в мире зарегистрировано около 40 видов молей, а для Советского Союза - 22. Наиболее опасным и постоянным вредителем, отличающимся способностью к массовому круглогодичному размножению и имеющим большое экономическое значение, является платяная моль. Второй по вредоносности для полосы с умеренным климатом считают шубную моль.

Повреждения в виде погрызов наносят гусеницы молей всех возрастов. Количество съеденного гусеницей материала за весь период ее развития зависит от вида моли, качества материала, а также от температуры и относительной влажности воздуха. В тонкой плательной шерстяной ткани гусеница прогрызает сквозное отверстие за сутки. При массовом же размножении моли незащищенный материал кератиновой природы может быть уничтожен полностью. Пищевые повреждения моли могут причинять и смешанным тканям, причем иногда едят их более интенсивно, ибо синтетическая нитка не усваивается ими и питательность такой ткани ниже, чем шерстяной.

К непищевым относятся повреждения материалов при строительстве гусеницами паутинных ходов и личиночных чехликов, стенки которых они инкрустируют отгрызенными кусочками материалов, а также при миграциях, вызванных поисками пищи или подходящих мест для окукливания, если повреждаемый материал служит препятствием для их движения. Голодные гусеницы могут повреждать такие непищевые, но доступные их челюстям материалы, как бумага, картон, ткани хлопчатобумажные, льняные и синтетические, пленки полнин-нилхлоридную и полиэтиленовую, изоляцию телефонных проводов и др.