Общая картина циклических превращений элементов в биосфере

Микроорганизмы, как агенты, вызывающие геохимические изменения

Биогеохимические процессы и круговороты

Биогеохимические процессы это процессы взаимодействия между живым веществом и инертной материей Земли, происходящие в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.

Практически все вещества земной коры с разной скоростью и в разных количествах проходят через организмы.

Циклические превращения элементов, из которых построены живые организмы, в совокупности составляют круговорот веществ.

Существуют биогеохимические круговороты газового типа с очень подвижными и протяжёнными резервуарами в атмосфере или океанах (циклы О₂, СО₂, Н₂О, N₂) и круговороты осадочного типа с менее протяжёнными резервуарами в земной коре (Fe, P, Ca). Биологически важные элементы С, О, Н, N, S могут быть в виде газообразных биогенных элементов присутствовать в атмосфере и при необходимости использоваться организмами.

Изучение роли микроорганизмов в круговороте веществ началось после открытия Пастером природы брожения. Эти исследования ясно показали, что микроорганизмы могут вызывать химические превращения в природе в очень больших масштабах.

Установление ведущей роли микроорганизмов в биологически важных круговоротах на Земле – круговороте углерода, азота и серы в значительной мере принадлежит двум учёным: С.Вернадскому и М.Бейеринку. В частности Вернадскому принадлежит открытие различных групп автотрофных бактерий (серных, нитрифицирующих). Также этими учёными было сделано открытие роли микробов при фиксации атмосферного азота.

Основные факторы, определяющие доминирующую роль микробов в круговороте веществ, — широкое распространение микроорганизмов и их необычайная метаболическая гибкость при высокой скорости обмена. Большое зна­чение имеет узкая специализация отдельных групп микроорганизмов в отношении утилизируемых веществ. Поэтому некоторые этапы круговорота веществ могут осуществляться исключительно прокариотами.

Превращение органических веществ в неорганическую форму называется минерализацией и происходит в значительной степени благодаря разложению растительных и животных остатков, а также продуктов выделения, осуществляемому микроорганизмами, главным образом (на 90%), грибами и бактериями. При минерализации органических веществ микроорганизмы образуют почти столько же диоксида углерода, сколько его используется растениями в процессе фотосинтеза.

Современное химическое состояние элементов на поверхности Земли в значительной степени является следствием химической активности живых организмов. Этот факт наглядно иллюстрируется изменениями, которые произошли в земной атмосфере. До возникновения жизни атмосферные газы находились в сильно восстановленном состоянии: азот в форме аммиака, кислород в виде воды, углерод в виде метана. В настоящее время они существуют в окисленной форме: азот и кислород в форме простых газов, а углерод в виде двуокиси (углекислый газ). Такие изменения происходят во всех областях Земли, содержащих живые организмы.

Различные этапы круговорота элементов осуществляют организмы разного типа. Таким образом, непрерывное существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами. Разрыв цикла в какой-либо одной точке прервал бы всякое проявление жизни.

Общую картину циклических превращений в биосфере можно представить следующим образом. Благодаря преобразованию солнечной энергии в процессе фотосинтеза в органические соединения, входящие в состав живых организмов, превращаются углекислый газ и другие неорганические вещества, извлекаемые из окружающей среды. Основными продуцентами органического вещества посредством фотосинтеза являются одноклеточные водоросли, обитающие в океане и семенные растения, произрастающие на суше.

Поскольку фотосинтезирующие организмы служат источниками питания для животных или микроорганизмов, основные биологически важные элементы сохраняются, по крайней мере, частично, в органическом состоянии в процессе превращений, ведущих к включению этих элементов в клетки тканей первичных потребителей. Первичные потребители сами также могут служить источниками питания для других организмов, вследствие чего эти элементы сохраняются в органических цепях питания, состоящих из нефотосинтезирующих организмов многих типов. Чтобы снова стать доступными для фотосинтетиков, они должны минерализоваться. Это разложение осуществляется микроорганизмами, главным образом грибами и бактериями (они минерализуют 90% органического углерода). Остальные 10% образуются в результате метаболизма всех прочих организмов, а также за счёт сжигания топлива и других материалов

Дата добавления: 2014-01-05