А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Например, во влажных тропических почвах, где более высокие температуры, органическое вещество быстро расщепляется и подвижные неорганические питательные вещества могут выщелачиваться с поверхности, вызывая быструю потерю плодородия. Чтобы ограничить эти потери, многие тропические растения имеют корневую систему, которая проникает в быстро разрушающуюся подстилку, тем самым улавливая освобождающиеся питательные вещества.
В более умеренных регионах, наоборот, скорости разложения медленнее, чем первичной продукции, что приводит к накоплению опада. Глубокое проникновение корней растений ведет к формированию плодородия почвы. В холодных зонах зимой, когда влага доступна и почва охлаждена, разложение органики ограничено. Летом, когда почва теплая, недостаточно влаги. Органические кислоты образуются в холодном, мокром слое опада и вымываются в нижележащие слои.
Они растворяют почвенные компоненты (например, алюминий и Юн р~ 289 железо), образовывая иногда обесцвеченные зоны. Подстилка продолжает накапливаться, и нередко инструментом, возвращающим питательные вещества в глобальные циклы, становится огонь (лесной пожар). Болотная почва представляет собой уникальный набор условий для микробного роста. Здесь скорость разложения снижена переувлажненностью, преобладанием неокислительных условий, что приводит к формированию торфа. Если такую область дренировать, она становится более аэробной, органический материал разрушается и уровень почвы опускается.
В аэробных условиях лигнин-целлюлозные комплексы запасенного органического материала более успешно разрушаются нитчатыми грибами. В почвах важны также взаимодействия микроорганизмов с растениями (ризосфера, микориза, клубеньковые бактерии и т.д.). Некоторые почвенные микроорганизмы взаимодействуют с земной атмосферой. Из «экзотических» явлений можно отметить способность Рзеиг(отолаз лупке синтезировать белок, который служит ядром формирования льда на поверхности листьев и снега в грозовых тучах.
Такой снегоформирующий почвенный микроорганизм может влиять на погоду в глобальном масштабе. Почвенные микробы оказывают положительное влияние на атмосферу, разрушая такие воздушные «загрязнители», как метан, водород, СО, бензол, трихлорэтилен, формальдегид. Почвенные микроорганизмы оказывают большое влияние на глобальное содержание разных газов. Относительно стабильныс газы — СОп )ЧО, ХзО и метан. Эти газы называют парниковыми газами, так как они отражают тепловые лучи, не позволяя теплу уходить от поверхности Земли, и вызывают глобальное потепление.
Метан может потребляться метанотрофами, обитающими в почве и воде. Критическим фактором, влияющим на потребление метана почвой, является концентрация иона аммония. При увеличении содержания аммония в почве из-за сельскохозяйственной деятельности или вследствие загрязнения потребление метана снижается. Таким образом почвенные и водные метанотрофы могут рассматриваться как своеобразный бактериальиый газовый фильтр. Проблема загрязнения природных экосистем и возможности самоочищения Для обеспечения сбалансированного круговорота веществ необходимо, чтобы эти соединения как синтезировались, так и разлагались.
Человек в своей деятельности не только заставил живые организмы образовывать нужные ему вещества в сверхколичествах, но и синтезировал химическим путем огромное количество чуждых природе соединений, которые, обладая значительной стабиль- 290 постыл, накапливаются в окружающей среде. Такие ксенобиотики имеют уникальную биологическую активность, как правило, негативную (канцерогенную, мугагенную, тератогенную, аллергенную) и, быстро распространяясь по пищевым цепям и в пространстве, оказывают токсическое воздействие уже на уровне микропримесей. В широком смысле к ксенобиотикам могут быль отнесены и вещества природного происхождения, но полученные в сверхколичествах и перемещенные в несвойственные им места (например„нефть).
Поскольку человечество не может полностью отказаться от использования таких веществ, так как они применяются практически во всех областях деятельности, первоочередной задачей становится очистка окружающей среды от антропогенных загрязнителей. Микроорганизмы, обладающие огромным разнообразием ферментных систем и большой лабильностью метаболизма, и являются тем звеном, которое в основном ответственно за самоочищение природных экосистем и может осуществлять биодеградацию природных и синтетических ксенобиотиков, тем самым возвращая основные питательные элементы в глобальный цикл.
Особую актуальность разрушающая способность микроорганизмов приобрела в последние десятилетия в связи с увеличивающимся присутствием в биосфере устойчивых загрязнителей антропогенного происхождения, причем нередко в масштабах, превышающих природную самоочищающую способность. Применение живых организмов лля очистки воды, почвы и воздуха от различных загрязнений основано на их способности к биодеградации (биоразрушению). Это широкое понятие включает три более узких процесса: ° трансформацию, или незначительные изменения молекулы; ° фрагментацию, или разложение сложной молекулы на более простые соединения; ° минерализацию, или превращение сложного вещества в самые простые (НзО, СО,, Н,, )ЧНь СН4 и т.д.).
Деградация ксенобиотиков может происходить различными путями в зависимости от химической структуры разрушаемого вещества, наличия тех или иных биологических активностей, а также в зависимости от условий окружающей среды. Химическая природа ксенобиотиков чрезвычайно разнообразна — линейные и разветвленные алканы и алкены, ароматические соединения с различными заместителями, гетероциклы, конденсированные циклические структуры и полимеры. В разрушении сложных, устойчивых веществ важны процессы еинтрофии и кометабояизма (в аэробных условиях — соокисления), когда проявление способности к трансформации сложной молекулы обусловливается наличием доступного источника энергии для поддержания жизнедеятельности, так как сам ксенобиотик не может использоваться в этих целях.
29! В настоящее время в процессах очистки применяют в основном естественно складывающиеся микробные сообщества. Пока механизмы этих процессов, видовой состав сообществ и взаимодействие микроорганизмов в них мало изучены и поэтому массовое применение биоремедиации, т.е. использования биологических систем для очистки окружающей среды от загрязнений, весьма ограничено. Однако разнообразие метаболических путей в микробных сообществах позволяет надеяться, что в перспективе возможно создать ассоциации, способные разрушать весь набор синтезированных человеком соединений, тем самым возвращая в глобальные циклы элементов активные формы углерода, азота и т.д.
Глобальные циклы основных биогенных элементов О глобальных циклах основных элементов дают представление схемы, представленные на рис. 168 — !70. Необходимо помнить, что в природе превращения отдельных элементов не происходят автономно, они взаимосвязаны и взаимозависимы. Цикл углерода Ф Автотроф (а Метан Водоро использ метано Рнс. 168. Цикл углерода н его связь с циклом кислорода ( — — процессы окисления, — - — процессы восстановления, --.- — процессы, идущие без изменения валентности) 292 Рнс. 169.
Цикл азота (обозначения см. на рнс. 168) и его связь с циклом кислорода показаны на рис. 168. «Увод» углерода из круговорота осуществляется в основном по двум позициям: !) образование неорганических отложений (известняков) за счет соединения в водных системах (особенно в морских) ионов Сан с карбонатными (СОз ) ионами. Возвращение может происходить глибо путем химического выветривания пород, либо за счет выработки микроорганизмами кислых продуктов; 2) накопление природных и синтетических трудноразлагаемых органических веществ.
К природным органическим веществам следует отнести гумус, состоящий из продуктов неполной деградации лигнина, а также образующиеся при недостатке кислорода и накоплении кислот торф, каменный уголь, нефть и газ, к синтетическим — огромное количество сложных органических ксенобиотиков (пластики, пестициды, красители и др.). Таким образом, с одной стороны, антропогенная деятельность приводит к выведению из глобального цикла углеродсодержащих веществ, а с другой — к возвращению углерода в круговорот путем добычи и потребления полезных ископаемых, т.е. их быстрой минерапизации.
О проблеме деструкции ксенобиотиков говорилось ранее. 293 Леах!а/оа, Пяо!Ьпх, ТЫаЬаг/Наг нлн спонтанно Веах!ааю Тами/Ы, о Яи/Та!оЬит Азробмад зона Асснмнля- ь фат БН-белков 1дееульфу 1 редукция ~~ма л / ! / / ! / Днсснмнляцнониая / ! ! сульфатредукцня / ! $04 Ассммнляцмонная аул ыратредукцнн Анокснгенные фототрофные бактерии / Днсснмнляцнонная / сорум!у коня Анаэробные аркен Анокснгенные фототрофные бактерии н некоторые цнанобактернн Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
