Бактерии и их роль в природе и круговороте веществ

Жизнедеятельность на планете происходит благодаря круговороту и обмену веществ в природе. Без этого круговорота такие химические элементы, как кислород, углерод, сера, водород, азот, фосфор, быстро бы исчерпались, а все живое на Земле прекратило бы свое существование. Доминирующую роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе определило их повсеместное распространение, высокая скорость метаболических процессов и осуществление химических процессов, недоступных для остальных живущих на планете.

сферы обитания бактерий в природе

Почвообразование и азотфиксация

Естественной средой обитания многих микроорганизмов является почва. Какова же роль бактерий в почвообразовании и в круговороте веществ в ней?

Они принимают самое непосредственное участие в формировании химического состава почвы и ее самоочищении. Для жизнедеятельности растений необходимы неорганические вещества, которые они не могут самостоятельно добывать из почвы, и поддержку им в этом оказывают бактерии. Азот, находящийся в воздухе, является необходимым для их жизнедеятельности, но преобразовать его самостоятельно они не могут. На помощь приходят азотфиксирующие бактерии, которые обитают в почве как самостоятельно, так и в симбиозе с бобовыми. Бактерии-симбионты, поселяясь на ранней стадии роста корневой системы, образуют на корешках утолщения ─ клубеньки. Корни дают симбионтам необходимые для питания углеводы, а те, в свою очередь, N2.

Азотфиксирующие клубеньковые бактерии

Существует несколько способов проникновения микроорганизмов в корни бобовых:

  • через поврежденную поверхность корневой системы;
  • через волоски корешков;
  • через клеточную оболочку.

Сам процесс проникновения включает в себя две стадии: стадия заражения корневой системы и стадия образования на ней клубеньков. В результате такого симбиоза растения дают нужный для бактерий углевод, органические вещества, аминокислоты, а те, в свою очередь, азот. Благодаря такому симбиозу почва насыщается азотом, незаменимым для жизни других растений.

Клубеньки на корнях бобовых растений

Таким образом происходит круговорот азота, который состоит из трех стадий:

  • фиксирование азота, находящегося в атмосфере;
  • окисление N2;
  • восстановление азота.

Все эти стадии невозможны без микроорганизмов, где каждый вид играет свою незаменимую роль. Отмершие растения, животные, отходы жизнедеятельности всего живого насыщают почву органикой. Роль сапротрофов в переработке органических веществ незаменима. Суть переработки заключается в том, что гнилостные бактерии питаются этой органикой, превращая ее в перегной, необходимый для растений.

Круговорот азота в природе

Гнилостные бактерии играют незаменимую роль в очищении планеты. Без их участия она превратилась бы в одну большую свалку мертвой неразложившейся органики.

Круговорот углерода в биосфере

Растениям для дыхания необходим углекислый газ, но его содержание в воздухе составляет всего 0,03%. Без участия микробов этот запас был бы исчерпан всего за 20 лет. В процессе фотосинтеза растения фиксируют углерод, и впоследствии он находится в них в виде органических соединений. После отмирания он вместе с этими соединениями накапливается в земле, и бактерии, разлагая органику, тем самым освобождают углерод, который возвращается в биосферу.

Круговорот углерода в природе

Еще одним источником наполнения атмосферы углеродом является ферментация. Суть его состоит в том, что анаэробные бактерии осуществляют полное окисление продуктов, растительной клетчатки, в результате которого также освобождается свободный углерод.

Часть СО2 поступает в слои атмосферы с выхлопами отработанного топлива, при сжигании органики (листьев, древесины), топливных материалов.

Круговорот серы в природе

Круговорот серы в природе

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит круговорот серы в природе путем ее окисления или восстановления. Метаморфизм происходит при гниении белковых отходов без доступа кислорода. При переработке белка образуется сероводород. Сера попадает в атмосферу также в результате деятельности сульфатвосстанавливающих микроорганизмов, которые восстанавливают сульфаты из ила, воды и почвы. В результате этого процесса часть сероводорода уходит в атмосферу, а часть накапливается в воде или почве, после чего он там окисляется. Суть процесса окисления сероводорода заключается в том, что он происходит в результате действий серобактерий, которые используют его в метаболических реакциях с целью получения необходимой энергии.

Круговорот фосфора

Высвобождение фосфора из органики происходит при гниении. Фосфорные микроорганизмы, местом обитания которых является вода и почва, используют для своих обменных процессов нерастворимые образования фосфора, которые впоследствии попадают в окружающую среду в растворимом виде. Растения используют фосфор из почвы и воды. У растений он входит в состав семян в виде нуклеиновой кислоты, отвечающей за передачу наследственной информации. У животных в состав крови, молока, тканей нервной системы. При отмирании фосфор возвращается в водоемы или почву в виде фосфатных отложений, которые и служат источником питания серных и нитрифицирующих бактерий.

Круговорот фосфора в природе

Круговорот железа в природе

На планете постоянно происходит окисление таких химических веществ, как соли железа, марганца. Это окисление было бы невозможным без работы железобактерий. Отмирая, они опускаются на дно водоемов, образуя при этом залежи болотной и озерной руды.

Бактерии, окисляющие железо

Железобактерии в реке

Поселения таких микроорганизмов в трубопроводах приводят к коррозии и закупорке, что наносит вред промышленности. Передвижение железа и других металлов от центра Земли к ее поверхности также происходит за счет микроорганизмов, что приводит к образованию залежей полезных ископаемых.

Все живое состоит из белков, жиров и углеводов, образование которых невозможно было бы без таких химических элементов, как водород, углерод, сера, азот, фосфор, кислород. Суть обмена веществ заключается в том, что именно благодаря биологической активности микроорганизмов переход в различные стадии и регенерация этих химических элементов на планете являются источником существования всего живого на Земле. Без него невозможно и образование многих полезных ископаемых, в которых нуждается человек для своего существования.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим

  • Adel

    Примечательно, что в круговороте всех упомянутых веществ участвует человек. Точнее промышленность, созданная человеком. Наверное, чем сложнее и длиннее эта цепочка, тем хуже для всей экосистемы. Думаю, полезные ископаемые уже давно не образуются в недрах земли, а если и образуются, то кране медленно.