«Наука в Сибири» МИКРОБНЫЕ СООБЩЕСТВА
|
Имеющиеся данные свидетельствуют о значительно большей роли микроорганизмов в формировании прокариотной биосферы, в частности в продуцировании кислорода, чем это прежде признавалось многими биологами и геохимиками. Важно, что оксигенные фототрофы — цианобактерии могли функционировать не только в океане, но и в водоемах суши. На ранних этапах существования планеты Земля происходило интенсивное перераспределение химических элементов. По современным представлениям, Осипов наиболее распространенным элементом в Земле является кислород (32,44 масс. %). Однако древние атмосфера и океан, по общему мнению, были восстановительными. Окисление атмосферы происходило как неорганическим, так и биологическим путем. Логично предположить, что зарождающаяся биосфера характеризовалась экстремальными (по сравнению с современными) условиями. Соответственно, микроорганизмы, формировавшие прокариотную биосферу, должны были быть из разряда экстремофилов.
В настоящее время древние микроорганизмы сохранились в крайне ограниченном числе местообитаний, это: подводные и наземные гидротермы; гиперсоленые водоемы, преимущественно морского происхождения; щелочные озера, преимущественно высоко-минерализованные; зоны, загрязненные тяжелыми металлами и радиацией. К таким объектам относится и уникальное содовое озеро Доронинское (Забайкалье), исследование которого было одной из задач семинара-экспедиции.
Биосфера является сложной саморазвивающейся системой, включающей все формы жизни и все компоненты среды обитания. Эволюция биосферы определяется законами саморазвития термодинамически открытых систем и непрерывным взаимодействием компонентов ее органической и неорганической частей. (Отсюда с очевидностью следует актуальность регулярных геохимико-биологических совещаний.) При рассмотрении эволюции биосферы важно для каждого ее этапа выявить потенциалоопределяющие процессы. В одних случаях это будут преимущественно физико-химические процессы, в других — преимущественно биологические. Для исследования сложных биокосных систем наиболее эффективным является сочетание термодинамического подхода и системного анализа.
Микроорганизмы вносят солидный вклад в геохимические процессы. Можно выделить некоторые категории: преобразователи геохимических систем (процессы окисления-восстановления, минералообразования и разрушения минералов, разделения изотопов, круговороты вещества и энергии и т.д.); индикаторы физико-химической обстановки в геосистемах; очистители окружающей среды (деструкторы загрязнителей).
Первая категория исследована значительно лучше, чем две другие. Так, например, на заре биосферы сформировался микробный окислительно-восстановительный цикл. Его появление, по мнению специалистов, обусловлено необходимостью сочленения процессов окисления и восстановления. При участии бактерий образуются многие минералы: карбонаты, фосфаты, сульфаты, сульфиды, оксиды, силикаты, причем по мере накопления знаний их список постоянно растет.
Бактериальное разложение (деструкция) минералов имеет не только геохимическое, но и практическое значение, так как используется при биогеотехнологической добыче металлов. Разделение стабильных изотопов в различных процессах обусловлено наличием энергетических потенциалов (гравитационного, теплового, термодинамического и других). Надо полагать, что и микробы в поисках энергетической выгоды обогащаются тем или иным изотопом. Таким образом, микроорганизмы участвуют как в процессах концентрирования, так и в процессах рассеивания химических элементов. Кроме того, микроорганизмы участвуют в круговоротах энергии, потребляя одни ее виды и выделяя другие. И все эти процессы должным образом отрегулированы термодинамикой.
Вследствие достаточно узких пределов толерантности конкретных штаммов микроорганизмов они могут быть использованы в качестве индикаторов условий биогеохимических процессов: температуры, кислотности-щелочности (ацидофильные и алкофильные микроорганизмы), окислительно-восстановительного потенциала (аэробы, строгие анаэробы), минерализации растворов (галофилы) и т.д. В настоящее время известны микробные сообщества, функционирующие при температурах
Что касается области отрицательных (по Цельсию) температур, то здесь и в микробиологическом, и в геохимическом плане много неисследованного. Так, например, известна публикация японских исследователей в «Nature», в которой экспериментально доказывается, что скорость окисления некоторых соединений азота при отрицательных температурах в 105 раз больше, чем при комнатной!!! Однако объяснения этому факту пока нет. Криогидрогеохимические процессы принципиально отличаются от геохимических процессов «вода-порода» при положительных температурах, однако роль микроорганизмов в этих процессах практически не ясна. Кроме влияния на кинетику, микробные процессы могут иметь и тепловые эффекты (экзо- и эндотермические). Нижний температурный предел возможности существования микроорганизмов пока не определен. Бактериальное выщелачивание горных пород и руд в природных системах является одной из причин мобилизации и миграции химических элементов, масштабы которой еще предстоит оценить.
Важным элементом дисперсных геохимических систем являются водные пленки, адсорбированные на минеральных поверхностях. Их толщина может достигать
Подводя итоги, следует констатировать, что междисциплинарные совещания, совмещенные с комплексным изучением конкретных объектов, оказались весьма продуктивной формой сотрудничества и рекомендуются для проведения на регулярной основе.
стр. 11