Поправляя в некоторых случаях воззрения самого Пастера на поведение отдельных бактерий, Костычев указывал, что он при этом «пользовался наблюдениями, произведенными главным образом Ценковским» и им самим в Париже, и отчасти своими работами в Петербурге.

В рецензии на книгу «Дробянки-бактерии» в журнале «Международная клиника» за 1884 год написано: «Всякий врач и студент, интересующийся вопросами о бактериях, скажет большое спасибо переводчикам за те прибавления, благодаря которым книга Цопфа приобрела гораздо больше цены, чем она имеет на немецком языке». Известный советский микробиолог Б. Л. Исаченко в 1947 году писал, что Костычев и Гоби снабдили свой перевод «многими, не потерявшими и посейчас значения примечаниями», что «существенно отразилось на развитии у нас правильного представления о бактериях. В этом крупная заслуга переводчиков».

Мы видим, какой значительный вклад внес Костычев в науку о микроорганизмах. Его работы в этой области имели большое значение для дальнейшего развития ветеринарной, медицинской и общей микробиологии. Но серьезнее всего его заслуги перед микробиологией почвенной. Можно сказать, что такого раздела науки до Костычева вообще не существовало. Правда, некоторые ученые и до него интересовались почвенными микроорганизмами. Пастер выделил из почв палочки сибирской язвы. Еще раньше Эренберг обнаружил в почвах инфузории. Выдающееся открытие еще в 1866 году сделал русский ботаник академик М. С. Воронин (1838–1903), обнаруживший бактерии, живущие в особых клубеньках на корнях бобовых растений. В 1879 году русский врач Л. Силич изучает микроорганизмы в почвах окрестностей Петербурга. Однако во всех этих исследованиях речь шла о видовом составе населяющих почву организмов, в лучшем случае — об их численности, но ничего не говорилось об участии микроорганизмов в процессе почвообразования — в разложении органического вещества. Костычев же поставил перед собой именно эту задачу: «Я предполагал, — писал он, — сперва исследовать по возможности действие всех низших организмов, найденных мною в почвах, определивши хотя в общих чертах роль каждого из них…»

Но сначала было необходимо изучить, как происходит разложение свежих растительных остатков, как они превращаются в темноокрашенные перегнойные вещества. Костычев брал стерильные кусочки листьев капусты, корней моркови, зерен пшеницы и в особых колбочках «заражал» их разными бактериями. Чистые культуры отдельных видов бактерий он получал из черноземных почв по способу Коха. Но эти кропотливые опыты не дали ожидаемых результатов. «Число отдельных колбочек, употребленных для этого, — указывал Костычев, — дошло с течением времени до 150, но все мои опыты были неудачны: все бактерии, полученные из почвы, давали в чистых культурах бесцветные твердые продукты разложения или же продукты, окрашенные в яркие цвета (желтый, красный), но никогда не получалось даже и светлобурой массы, не говоря уже о еще большем потемнении субстрата».

Костычев задумался над полученными результатами: а может быть, причина постигшей его неудачи заключается в том, что он брал для опытов чистые культуры отдельных видов бактерий — ведь в природной почве разные их виды всегда действуют совместно. Ученый ставит новые эксперименты: в колбочки со свежими растительными остатками он вносит «смеси» разных бактерий, но и в этом случае темных продуктов разложения не получалось. Костычев начал отчаиваться: «…я, наконец, потерял всякую надежду получить таким путем перегнойные вещества», — говорил он. Однако спустя некоторое время им была поставлена новая серия опытов — без доступа кислорода, с подкислением разлагающихся веществ. Но исследователь не получил того, что ожидал: «…все опыты над бактериями, стоившие мне очень большого труда и занявшие много времени, — с горечью отмечал он, — дали при всевозможных комбинациях, какие я только мог придумать, отрицательный результат. В культурах с одними бактериями никогда не получалось темного окрашивания субстрата».

И тут на помощь Костычеву пришел случай. Такие случаи всегда могут быть в жизни большого ученого, но повлиять на направление научного исследования они могут только тогда, когда ученый умеет из случайного наблюдения делать необходимые выводы. Вот как сам Костычев рассказывал об этом:

«Из описанных выше культур не все, однако, были удачны: в некоторых случаях вместе с бактериями пола-дали в колбочки грибные споры, из которых потом развивался мицелий{Мицелий, или грибница, — вегетативное тело грибов, образованное обильно ветвящимися, очень тонкими нитями, или гифами.}. Первая же неудачная культура такого рода сопровождалась замечательно удачным результатом в том отношении, что растительная масса вокруг мицелия окрасилась в темнобурый, почти черный цвет, и результат этот потом правильно повторялся при большинстве опытов…когда грибные споры попадали на разные части субстрата, темное окрашивание начиналось сразу в нескольких центрах, так что в действии грибов сомневаться не было возможности».

Так Костычев установил новый и неожиданный для того времени факт — роль грибов в разложении органических веществ и в образовании темноокрашенного перегноя почвы. Это открытие не отрицало значения бактерий для гумусообразования, но показывало, что не меньшую роль в почве играют и грибы.

Каким образом бактерии и грибы производят разложение органического вещества? Во времена Костычева на этот вопрос не существовало точного ответа; мнения ученых здесь сильно расходились. Обладая удивительной способностью проникать в самую сущность изучаемых явлений, Костычев и в этом вопросе примыкает к правильному воззрению, которое тогда еще только зарождалось, «…одни ученые, — писал он, — признают, что разлагающее действие производится непосредственно протоплазмой низших организмов, другие же полагают, что организм вырабатывает особое вещество — фермент, которое своим действием, сущность которого нам остается пока неизвестной, обусловливает распадение сложных веществ; для некоторых случаев существование таких ферментов строго доказано… существование ферментов весьма вероятно и при процессах гниения растительных остатков». Именно такое представление о ферментах в дальнейшем было глубоко разработано в трудах виднейших советских биохимиков — академиков Сергея Павловича Костычева и Алексея Николаевича Баха, а в вопросах почвоведения — академиком В. Р. Вильямсом. Но впервые эти мысли были высказаны Костычевым.

Поскольку микроорганизмы почвы вырабатывают такие сложные продукты, как ферменты, роль этих организмов нельзя сводить только к участию в разложении отмерших остатков высших растений и животных. Несомненно, бактерии и грибы не только разлагают готовые органические вещества, но и, питаясь простыми продуктами этого разложения, вновь синтезируют в почве новые вещества. Почвенный перегной, или гумус, таким образом, не является только результатом разложения органических веществ, но и содержит в себе продукты грибного и микробного синтеза в почве — вот какой важный взгляд высказывает Костычев.

Он устанавливает, что некоторые микроорганизмы при питании минеральными веществами могут переводить их в форму очень сложных органических соединений. Так обстоит дело, например, с фосфором. В каждой почве содержится не только минеральный, но и органический фосфор. Вот когда было получено точное объяснение тех неудач, которые постигли Грандо при его опытах по растворению фосфора в аммиачных соединениях: фосфор, входящий в состав органических веществ, нерастворим в аммиаке.

Бактерии и грибы потребляют в процессе своей жизнедеятельности не только фосфор, но и азот. В состав их тела всегда входят белки, а для синтеза белков необходим азот. Поэтому микроорганизмы, разлагая белки, в готовом виде попадающие в почву, сами создают новые белки. «При всяком процессе разложения с участием низших организмов, — писал Костычев, — распадение белковых веществ, несомненно, сопровождается синтезом их». Это представление о единстве двух противоположных процессов, происходящих в почве, было для того времени настолько новым, что Костычев считал нужным особенно резко подчеркнуть отличие своих взглядов от господствующего мнения. «Мы должны, — указывал он, — внести некоторые поправки в наши представления о роли низших организмов в почве; обыкновенно мы представляем их себе как деятелей разложения и считаем их образователями питательных веществ для наших культурных и других высших растений. Сообщенные мною факты и соображения показывают, что низшие организмы сами могут потреблять простейшие азотистые соединения для образования из них сложных (белковых) веществ, то-есть в этих случаях они являются конкурентами высших растений и могут представлять существенную помеху для хорошего произрастания растений». Понятно, что это открытие изменяло существующие представления об условиях питания растений и объясняло, почему но многих случаях от внесения удобрений не произошло увеличения урожая: удобрения были поглощены микроорганизмами.