Какую роль играют в природе бактерии и как это влияет на человека

Микробиология – одна из самых молодых наук. Только в последние несколько десятилетий человечество начало получать сведения о том, какую неоценимую роль играют бактерии в круговороте веществ в природе. Роль бактерий – перемещение, концентрация и рассеивание химических элементов в биосфере Земли.

Играя незаменимую роль в обмене веществ, бактерии стали обязательным компонентом любого биоценоза

Вещества, перерабатываемые бактериями

Проще говоря, круговорот основных химических элементов в природе. В жизни человека этот процесс играет решающую роль. Без него человека не было бы.

Углерод

Углерод – основа жизни. Без него невозможно построить ни одну белковую молекулу. На планете углерод присутствует в двух вариантах:

• в органике (живой или отмершей);
• в неорганике (СО₂ и карбонаты);

Круговорот углерода в природе представляет собой фиксацию углекислого газа из атмосферы, построение при помощи связанного углерода углеводов. Для жизни человека углеводы играют решающую роль. Часть углеводов используется для получения живыми организмами энергии, часть возвращается в атмосферу в виде продуктов дыхания, того же СО₂.

Кроме бактерий, фиксацию углерода из атмосферы осуществляют еще и растения, которые благодаря процессу фотосинтеза фиксируют углерод из атмосферного углекислого газа в природе.

Однако только бактерии играют роль в фиксации углерода в процессе хемосинтеза, при котором не задействуется солнечный свет, а все реакции протекают по причине химической активности элементом бактериальной хемотрофной клетки. Только бактерии возвращают в атмосферу углерод, который накапливается в отмерших остатках органики.

Азот

Ключевую роль играют бактерии в круговороте азота в природе. В химический состав живой клетки, в том числе и клетки человека, обязательно входит азот.

Весь цикл круговорота выглядит следующим образом:

1. Атмосфера Земли на 78% процентов состоит из азота. Он также является основой органических соединений. В органику его доставляют клубеньковые микробы (симбионты растений) а также свободноживущие азотфиксирующие микробы. Клубеньковые бактерии селятся в корневых волосках бобовых растений, и в результате деления бактериальных клеток на корне бобового растения образуется клубенек. Именно через него клубеньковые бактерии фиксируют азот. Фиксация происходит в процессе синтеза бактериями белка леггемоглобина. Поставляя растению связанный азот, клубеньковые бактерии получают от растения углеводы и минералы, необходимые им для жизни. Благодаря такому положительному сотрудничеству растениям и животным стал доступен для ассимиляции ион аммония NH₄.
2. Работу, которую выполнили клубеньковые микроорганизмы, на втором этапе круговорота деконструируют другие микроорганизмы – аммонификаторы. Они высвобождают аммиак из белковых соединений, аминосахаров, алкалоидов, мочевины и другой органики. В разложении органики с выделением аммиака принимает участие огромное количество микроорганизмов разных групп. Это и бактерии, и актиномицеты, и микроскопические грибы. Обычно процесс разложения делится на стадии. В зависимости от того, какие органические соединения преобладают в субстрате, на первый план выходят разные микробы. Так, микроскопические грибы являются основными разрушителями растений. Именно грибы разлагают растения на органические молекулы, которые после бактерии расщепляют до простой неорганики.
3. На третьем этапе ту работу, которую проделали грибы и бактерии по высвобождению аммиака, подхватывают бактерии-нитрификаторы. Нитрификаторы окисляют аммиак до нитритов и нитратов.
4. Нитраты потребляются растениями. Растения, для которых нитраты служат не только источниками азота, но и предоставляют им свободный электрон, выделяют в атмосферу азот. Он высвобождается благодаря реакции денитрификации. Цикл завершается.

Несмотря на то, что нитраты представляют опасность для жизни человека при попадании в пищу, их образование и существование в природе играет роль обязательного условия для круговорота азота.

Сера

В результате выработки водорослями серных соединений образуются облака. Именно сера связывает капли воды, тем самым рождая причудливые формы небесных странников. И здесь бактерии сыграли огромную роль. Именно благодаря бактериям водоросли получают в свое распоряжение органическую серу.

В природе сера существует в неорганическом виде. В органику ее превращают бактерии. Та сера, которая попадает в почву, минерализуется бактериями-гетеротрофами. При этом высвобождается сероводород (H₂S).

Далее одна группа бактерий (бесцветные и зеленые серобактерии) окисляет сероводород до сульфатов, другая группа (сульфатредуцирующие микробы) восстанавливает сульфаты до сульфидов. Сульфиды уже могут участвовать в образовании органических соединений.

Фосфор

От количества фосфора в природе зависит количество биомассы, которое способна продуцировать данная экосистема. Фосфор играет роль в регулировании биосинтетических реакций в живой клетке. Несмотря на то, что в почве и в других слоях литосферы Земли фосфора не так уж и мало, связать его и сделать доступным для потребления растениями – задача непростая. Исследователями часто фиксируется недостаток органического фосфора в тех или иных экосистемах.

Растворением неорганических фосфатов занимаются только бактерии, и в этом заключается важнейшая роль, которую они играют. Под воздействием продуктов метаболизма бактерий (таких кислот, как щавелевая, уксусная и т.д.) растворяются минералы апатиты. Растворенный фосфат иммобилизуется в растущие клетки прокариотов. Также в последнее время учеными обнаружено, что фосфаты играют роль в иммобилизации некоторые микроскопические грибы из группы микориз.

Минерализуют фосфор из органических остатков практически все микроорганизмы-гетеротрофы и таким образом возвращают в неорганику. Здесь видно, насколько важную роль эти мельчайшие существа играют. Фосфор не имеет ярко выраженного круговорота в природе, поскольку не может подниматься в атмосферу с парами.

В жизни человека играет важную роль оптимальное количество органического фосфора в клетках, поскольку именно он регулирует обменные процессы в организме.

Юлия Пятирублева

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.