Микробы и биосфера земли

Все среды биосферы буквально пронизаны микроорганизмами: они есть в почве, воде, воздухе, их можно обнаружить на дне глубочайших океанов и на пиках горных вершин, в песках жарких пустынь и в антарктических льдах. Они есть в зловонных канализационных стоках и в сбросах химических предприятий, радиорезистентные бактерии существуют в системах ядерных реакторов. Вездесущность микробов объясняется их уникальной способностью находить и утилизировать самые ничтожные источники энергии, углерода и азота для своей жизнедеятельности. Колоссальное генетическое разнообразие обусловливает удивительную адаптацию микробов к условиям обитания, гибельным для любых других живых существ. Исключительно интенсивная жизнедеятельность огромного числа разнообразных микроорганизмов является важнейшим фактором обеспечения динамического равновесия земной биосферы.

Основные среды обитания микроорганизмов в природе - почва, еда, воздух, животные и растительные организмы. Кожные покровы человека и сообщающиеся с внешней средой слизистые оболочка плотно колонизированы микробами. Как показано выше, микроорганизмы обитают обычно в виде сложных ассоциаций - биоценозов, представленных разными видами. Поддержание эволюционно сложившихся взаимоотношений между отдельными видами, а также между биоценозами и внешней средой чрезвычайно важно для существования всего царства прокариог т.е. бактерий.

Доказано, что бактерии способны самостоятельно обеспечит основные функции живого вещества, которые необходимы для дальнейшего существования биосферной оболочки нашей планеты. К таковым относят: энергетическую, концентрационную, деструктивную и средообразующую функции.

Только благодаря активной деятельности бактерий реализуется замкнутый характер круговорота азота и углерода как обязательных конструктивных элементов биосферы. Если на Земле исчезнут прокариотические клетки (бактерии) и останутся только эукариотические организмы (растения и животные), то биосферная жизнь вскоре прекратится. К счастью, это никогда не произойдет, ибо микробы исключительно быстро адаптируются к негативным последствиям производственной и иной жизнедеятельности человека, вырабатывая резистентность даже к тем химическим соединениям, которых нет в природе.

Полагают, что формирование биосферы произошло около 3 млрд лет тому назад, когда единственными обитателями Земли были прокариотические бактерии. Они активно участвовали в формирование биосферы планеты в сочетании с геологическими и атмосферным» явлениями. В нынешнюю эпоху Земля заселена разнообразными видами растений, животных, грибов, водорослей. Однако по-прежнему микроорганизмы играют доминирующую роль в функционировании биосферы. Они активно участвуют в обеспечении биогеохимических циклов круговорота веществ и энергии.

Как известно, животные и растения синтезируют значительно больше органических веществ, чем они могут минерализовать сами или при содействии абиогенных факторов. Возникает потенциальность «эффекта складирования» таких биогенных элементов, как азот, углерод, сера, фосфор с уменьшением их оборота. Теоретически жизнь на Земле могла бы исчезнуть из-за дефицита конструктивного материала, если бы не было микроорганизмов, которые способны расщеплять все органические вещества, в том числе синтезируемые животными и растениями. Более того, микробы самостоятельно осуществляют синтез и разложение собственной биомассы до исходных элементов. По-видимому, в природе нет органических веществ, которые не разрушались бы микроорганизмами.

Роль микробов в круговороте азота и углерода

Под природным круговоротом веществ понимают непрерывно цепь превращений химических элементов, из которых построены живые существа. Динамическое равновесие и устойчивость биосферы планеты зависят от бесперебойного снабжения солнечной энергией и постоянного круговорота углерода, кислорода, азота, серы и фосфора. В целом эти процессы выглядят так. Фотосинтезирующие организмы (высшие растения и одноклеточные морские водоросли) превращают С02 и прочие неорганические вещества в глюкозу и иные органические соединения, являющиеся источником энергии для всех организмов. Сами фотосинтезирующие организмы служат пищей км животных.

При этом основные биогенные элементы сохраняются в органическом состоянии и являются строительным материалом для развивавшихся клеток и тканей животных. Белоксодержащие останки погибших животных и растений разлагаются микроорганизмами в процессе гниения, минерализуясь до неорганических соединений. В таком виде они вновь доступны для фотосинтезирующих организмов. Биогеохимические циклы круговорота азота, углерода, серы, фосфора и других элементов сложились в эпоху зарождения земной жизни функционируют и сейчас, когда главным продуцентом биомассы стали растения, а главным ее минерализатором - микроорганизмы.

Круговорот азота

Только азотфиксирующие бактерии почвы способны непосредственно использовать молекулярный азот воздуха пк материал для собственного белка. Высшие растения могут утили-ировать азот лишь в виде его соединений - аммонийных солей, нитратов. Бактерии-аммонификаторы трансформируют белки в аммиак и аммонийные соли (минерализация азота), нитрифицирующие бактерии превращают аммонийные соли в соли азотной кислоты, а бактерии-денитрофикаторы снова восстанавливают молекулярный азот. Обусловленный бактериями распад азотистых органических веществ - это и есть суть процесса гниения, соответствующий распад безазотистых органических веществ - суть процесса брожения.

Гниение есть процесс аммонификации белков в результате их ферментативного гидролиза под воздействием преимущественно анаэробных микробов. Конечным продуктом гидролиза белков и дезами-нирования аминокислот является NH3. В зависимости от состава белковых и ферментативного потенциала гнилостных бактерий минерализация белковых веществ может быть полной или неполной.







Также в разделе: Микробная экология (микроэкология):
  » Цели и способы антимикробных мероприятий
  » Медицинская микроэкология
  » Влияние факторов среды на микроорганизмы
  » Основы санитарной микробиологии