Водная экосистема

Сероводород как основа бессветовой экосистемы.

На морских глубинах, где бьют горячие источники (около 350°С) в воде есть сероводород. Там, где эта вода приходит в соприкосновение с холодной, содержащей кислород, могут расти бактерии, окисляющие серу и сероводород. Они могут служить пищей для моллюсков, ракообразных и червей.

Один из представителей погонофор – Riftia pachyptia – приспособлен к жизни в такой среде: у него нет ротового и анального отверстий, но есть орган трофосома, в котором в качестве эндосимбионтов растут бактерии, окисляющие сероводород. Кровь снабжает их кислородом и сероводородом, т.к. эта система осуществляет продукцию биомассы не через фотосинтез, а через хемолитоавтотрофию.

Метаногены

Группа микроорганизмов, способных использовать углекислый газ в качестве конечного акцептора электронов при окислении молекулярного водорода – это метаногены.

Предположение о бактериальном происхождении СН₄ было высказано в 19 веке. Однако выяснение данного вопроса затягивалось из-за невозможности выделить чистую культуру. Это позволили сделать методы культивирования анаэробов разработанные Хангейтом:

1. принцип удаления кислорода из газов;

2. предварительное восстановления сред.

Метанобразующие бактерии – морфологически очень разнообразная группа, объединяемая двумя общими признаками:

1. строгий анаэробиоз;

2. способность образовывать метан.

Баркер Х. А. (1956 г.) принял в качестве доминирующего признака образование СН₄. Объединил в 3 рода семейства Methanobaciaceae (так они даны в Берги). Сейчас выделяют 7 родов и 10 видов в чистой культуре: Methanosarcina, Methanospirillum, Methanobacterium, Methanogenium.

Специфичность группы – в клеточных стенках нет мурамовой кислоты и D-аминокислот. Клеточная стенка бывает трех типов:

1. пептидогликан особого химического строения – псевдомуреин;

2. из белковых глобул;

3. гетерополисахаридной природы.

Под электронным микроскопом близка к грамположительной. Специфичность липидов в том, что они построены из полярных липидов и простых эфиров: из глицерина и ₂₀С спирта. Нет сложных эфиров.

Запасных продуктов в виде гранул поли-β-оксимаслянной кислоты или гликогена не найдено.

Большинство имеет температурный оптимум при 35– 40°С, но есть и 65–70°С и 20–25°С. Все нейтрофилы: рН=6–8. В качестве источника углерода большинство используют углекислый газ, некоторые формиат, метанол, ацетат. 4Н₂ + СО₂ → СН₄ + 2Н₂О.

ЛЕКЦИЯ №14

Влияние тяжелых металлов и других химических элементов на жизнедеятельность микроорганизмов

Тяжелые металлы попадают в сточные воды в водоемы – моря, озера, реки, водохранилища.

Установление критериев качества воды и норм содержания в ней ионов тяжелых металлов основано на учете общей концентрации металлов в водной фазе.

Но важно учитывать и валентность, и формы соединений металлов. Пример: метил-ртути и Hg⁰, валентность Сr⁶⁺ и Сr³⁺.

Понижение токсичности металлов в жесткой воде для рыб связано с Са²⁺, он подавляет поступление последних в организм через жабры и через образование гидроокисей и комплексообразование.

Тяжелые металлы, подавляя жизнедеятельность:

1. блокируют ферментные системы, реагируя с сульфидными группами ключевых ферментов;

1. разрушают целостность клеточных стенок;

2. изменение морфологии клеток и клеточного метаболизма, бактериостаз.

При определении эффекта воздействия тяжелых металлов на организм чаще учитывается их выживание, гибель и в меньшей степени такие показатели как рост, размножение, поведение. Используют LC₅₀ – концентрация токсиканта, при которой гибнет 50% особей.

Семенов, Ховрычев (1979) – установили, что Zn и Мn ингибируют биохимическую реакцию. Наиболее чувствительно к влиянию данных металлов «узкое место».

Цинк является специфическим ингибитором синтеза белка.

Медь – в основном с клеточной поверхностью.

Считается, что ртуть и медь разрушают диффузионный барьер и тем самым способствуют удалению из клетки калия.

В последнее время известно 60 биохимических реакций, протекающих под воздействием одновалентных катионов, и в большинстве случаев калий – наиболее активный ион. И потеря калия приводит к отмиранию клетки. Для водорослей и растительных клеток потеря калия ведет к прекращению фотосинтеза.

Медь – проявляет свою токсичность при довольно низких концентрациях. Сине-зеленые водоросли более чувствительны, чем зеленые водоросли. Медь способствует выделению антибиотиков бактериями Pseudomonas и Alteromonas. Это связано с разрушением клеточной стенки и выделению наружу.

Кадмий – обладает необыкновенной кумулятивной токсичностью по отношению к живым организмам, прочно связывается с низкомолекулярными белками тканей животных и бактерий. Биомасса водорослей уменьшается в 48 раз при концентрации CdCl 0,05 мг/л и в 137 раз при 0,5 мг/л. Рыбы гибнут при 0,1–0,5 мг/л, концентрация 0,0026 мг/л – обездвиживает. У людей ломка костей.

Цинк – диатомовые водоросли гибнут при 250 мг/л. Раки гибнут от инактивации дыхательных ферментов. Концентрация в крови в 1000–10 000 больше, чем в воде.

Хром – Сr⁶⁺ – очень токсичен. Дыхание почвы значительно снижается. Грамположительные бактерии растут при очень высоких концентрациях, грамотрицательные – чувствительнее.

Серебро – подавляет жизнедеятельность микроорганизмов тем, что разрушает цитоплазматическую мембрану.

Свинец – грибы очень быстро гибнут; есть бактерии живущие при сотнях мг/л. Подавляет в почве разложение целлюлозы и течение процессов круговорота углерода.

Мышьяк – не тяжелый металл, однако очень токсичен. 12 мг/л вызывает смерть у людей. Токсичность действия на клетку связана с конкуренцией его с фосфатом в процессе транспорта в клетке. Арсенат также известен как разобщитель субстратного фосфорилирования.

Селен – у животных и человека вызывает нарушение координации движений, боли в брюшной полости, водяной понос и гибель, вздутие. Нарушаются гликолиз, фосфорилирование, обмен аминокислот. В организме селен включается в обмен серы, заменяя ее и выводя из организма. При патологии обмена серы в организме идет выпадение волос, размягчение копыт и животных. Низкое количество белков в пище усиливает действие селена.

Таллий – пока нет полного объяснения механизму токсического действия. Метионин, цистин, биотин защищают животных от хронического отравления.

Ртуть – в стоках хлорных, бумажно-деревообрабатывающих заводов. Бактерии Vibrio очень сильно конденсируют ртуть, Pseudomonas – меньше. По цепи бактерий–простейшие–рыбы. Ртуть связывается с сульфгидрильными группами, блокируя жизненно важные ферменты. Очень токсична для реснитчатых простейших.