Участие микроорганизмов в круговороте железа

Железо широко распространено в природе, встречается в виде органических и минеральных оединений, входит в состав животных и растительных организмов. Содержится в гемоглобине крови и дыхательных ферментах цитохромах, необходимо для образования хлорофилла у растений, хотя и не входит в его состав. При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску. Перевод органического железа из нерастворимого окисного (Fe³⁺) в растворимое закисное (Fe²⁺) и обратно осуществляется в основном микроорганизмами. Способностью окислять закисные соли железа в основном обладают бактерии рода Leptothrix. Окиси железа — продукт жизнедеятельности микробов. Thiobacillus ferrooxidans углерод получает из диоксида углерода атмосферы, а энергию для его усвоения — при окислении закисного железа и сульфидов различных металлов. Thiobacillus ferrooxidans является наиболее широко распространенным микроорганизмом, окисляющим сульфидные минералы и переводящим металлы из нерастворимого состояния в растворимое.

Другой облигатно автотрофной бактерией, окисляющей двухвалентное железо, является Leptospirillum ferrooxidans. В отличие от Thiobacillus ferrooxidans, этот микроорганизм способен окислять элементную серу и сульфидные минералы только в присутствии двух других микроорганизмов (Thiobacillus thiooxidans или T.acidophilus). Кроме того, окислять свободную серу, двухвалентное железо и сульфидные минералы способны Sulfobacillus thermosulfidooxidans, а также некоторые представители родов Sulfolobus и Acidianus, относящиеся к архебактериям.

Жизнедеятельность железобактерий и серобактерий во многом сходна. Железобактерии — аэробы, чаще встречаются в болотах, прудах, железистых источниках. В таких водоемах они окисляют закиси железа, поэтому наиболее благоприятной для них является та среда, в которой обитают зеле­ные водоросли, выделяющие на свету кислород.

По мнению ученых, все важнейшие месторождения железа имеют бактериальную родословную, В рудах, добываемых в нашей стране, обнаружены остатки древних железобактерий. Скопления отмерших железобактерий (гидроксида железа) образуют на дне стоячих водоемов залежи болотной руды, количество которой может достигать огромных размеров.

5. Круговорот веществ в анаэробных условиях

Анаэробные условия создающиеся длительное время в тех областях биосферы, которые не находятся в прямом контакте с атмосферой, благоприятствуют развитию особых микроорганизмов, которые при наличии света способны осуществлять практически замкнутый анаэробный круговорот ве­ществ.

В этих условиях первичный синтез органического вещества производят фотосинтезирующие бактерии. Пурпурные и зеленые серобактерии превращают СО₂ в клеточные вещества, используя в качестве восстановителя H₂S. Несерные пурпурные бактерии почти целиком ассимилируют ацетат и другие простые органические соединения. После отмирания фотосинтезирующих бактерий органические компоненты их клеток разрушаются клостридиями и другими анаэробами путем брожения с образованием СО₂, Н₂, NH₃, органических кислот и спиртов. Водород и некоторые из органических продуктов брожения окисляются анаэробно сулъфатредуцирующими и метанобразующими бактериями. Процессы анаэробного окисления, осуществляемые сулъфатредуцирующими организмами, дают H₂S и ацетат, которые в свою очередь используются фотосинтезирующими бактериями.

Потеря метана составляет единственную существенную утечку из анаэробного круговорота веществ. Анаэробный круговорот серы полностью замкнут вследствие взаимопревращения сульфата и H₂S в результате совместной деятельности сульфатредуцирующих и фотосинтезирующих бактерий. Анаэробный круговорот азота также замкнут и по сравнению с круговоротом этого элемента в аэробных условиях намного проще в химическом, отношении: атом азота не изменяет свою валентность и входит в состав либо аммиака, либо аминогрупп азотсодержащих элементов клетки

Литература:

1) Расширенный вариант лекций

2) Асонов. Микробиология

3) Грин, Стаут, Тейлор. Биология, 1 том

Рисунок 2 – Круговорот азота (Асонов)

Рисунок 3 – Круговорот азота (Шлегель)

Рисунок 4 – Круговорот азота (Грин)

Рисунок 6 – Круговорот серы (Грин)