5. Роль микроорганизмов в круговороте углерода в природе. Углеродное питание прокариот с различными типами жизни

Круговорот углерода складывается из двух взаимосвязанных процессов: 1) потребление углекислоты атмосферного воздуха аутотрофными микробами; 2) возвращения, пополнения запасов углекислоты в атмосфере. Потребление СО2 совершается фотосинтезирующими микроорганизмами. При фотосинтезе образуются различные органические соединения. Основная масса углерода отлагается в растениях в форме различных сахаров (глюкоза, фруктоза, крахмал и др.). Образовавшиеся органические соединения используются человек и животными для питания, а после их гибели органические вещества переходят в почву. Возвращение углекислоты происходит микроорганизмами почвы и воды. Большое количество углекислоты поступает обратно в атмосферу при минерализации органических остатков растений и животных почвенными бактериями и грибами. Главными субстратами процессов минерализации в природе являются сахара в форме полимеров. Использование глюкозы в качестве основного энергетического материала при процессах биологического окисления (брожение, дыхание) приводит к высвобождению углекислоты. Дополнительный цикл круговорота углерода обусловлен анаэробными почвенными микроорганизмами. Одни из них (метанобактерии) в условиях влажных почв восстанавливают СО2 в метан (СН4). Другие, наоборот, окисляют метан в углекислоту.

В зависимости от источника углерода все прокариоты делятся на две группы: автотрофы (синтезируют все необходимые компоненты из углекислоты) и гетеротрофы (источником углерода служат органические соединения). Последние делятся на паразитов (живут за счет других живых клеток) и сапрофиты (нуждаются в готовых органических веществах, но от других организмов не зависят.

6. Роль микроорганизмов в круговороте фосфора. Различные типы жизни бактерий, основанные на использовании соединений фосфора

Круговорот фосфора несколько отличается от круговорота остальных элементов. Освобождение фосфора из органических соединений происходит в результате процессов гниения. Однако, до сих пор не обнаружены микроорганизмы, которые могли бы осуществлять процессы окисления и восстановления фосфора. Фосфорные бактерии, находящиеся в почве и воде, используют для своей жизнедеятельности нерастворимые соединения фосфора, переводя их в растворимые. Эти соединения потом могут быть использованы растениями. Переходу нерастворимых соединений фосфора в растворимые способствуют также нитрифицирующие и серные бактерии, образующие кислоты при процессах брожения.

Брожение (молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое, маслянокислое); фотосинтез; дыхание.

7. Роль микроорганизмов в эволюции жизни на Земле

Согласно современным представлениям жизнь есть результат эволюции материи. Взгляды на происхождение жизни, ее развитие и сущность имеет длинную историю, но обсуждение этих вопросов до недавнего времени было предметом философских размышлений. Опарин и Холдейн выдвинули предположение, что жизнь возникла в результате взаимодействия органических соединений, образовавшихся в бескислородных условиях на первобытной Земле, согласно этой гипотезе, биологический синтез органических веществ происходит только на современном этапе существования Земли. На первобытной, безжизненной Земле могли происходить химические синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. В результате этой эволюции имело место постепенное усложнение органических соединений, формирование из них пространственно обособленных систем и превращение последних в предшественников жизни.

Благодаря цианобактериям появился в атмосфере Земли молекулярный кислород. Однако, в начале весь выделяемый ими О2 поглощался земной корой, в которой происходили процессы окисления.

В находках, сделанных в Южной Африке в осадочных породах, возраст которых ок.3,5 млрд. лет, найдены заключенные в них окаменелые остатки палочковидных структур, напоминающих современные бактерии. При электронно-микроскопическом изучении у них выявлена двухслойная клеточная стенка, подобная клет.стенке многих современных бактерий. В породах, возраст которых также ок. 3,5 млрд. лет, обнаружены строматолиты, своеобразные известковые образования, являющиеся продуктами жизнедеятельности цианобактерий. Можно сделать вывод, что впервые земная жизнь возниклам в промежутке между 3,5-4,6 млрд.лет тому назад.

Литература

1. А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. Молекулярная биология. М., 2005.

2. К.А. Мудрецова–Висс, А.А. Кудряшова, В.П. Дедюхина. Микробиология, санитария и гигиена. М., 2001.

3. Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии. Под редакцией А.А. Воробьева и Ю.С. Кривошеина. М., 2001.