Все живые существа нуждаются в питании. Для одних источником энергии является солнечный свет, другие используют для этой цели химические реакции, третьи получают питание за счет двух первых групп. В первую группу входят все растения, представители второй – нитрифицирующие бактерии, в третьей группе находятся все животные, в том числе и мы с вами.
Как организмы получают энергию из неорганических веществ?
Все зеленые растения и многие бактерии могут сами вырабатывать питательные органические вещества из неорганических (вода, углекислый газ и др.). Эта группа живых организмов получила название автотрофы (от лат. «самопитающиеся»), или продуценты, и является первым звеном пищевой цепи.
Организмы, получающие энергию от солнечного света в процессе фотосинтеза, носят название фототрофы. Нитрифицирующие бактерии относят к группе микроорганизмов, которые используют в качестве источника питания энергию химических реакций окисления. Такие организмы называют хемотрофами.
Нитрифицирующие бактерии (хемотрофы) не усваивают органику, содержащуюся в почве или воде. Они, напротив, синтезируют строительный материал для создания живой клетки.
Вещества, получаемые нитрифицирующей бактерией из почвы и воды, окисляются, а образующаяся при этом энергия идет на синтез сложных органических молекул из воды и углекислого газа. Это так называемый процесс хемосинтеза.
Хемосинтезирующие организмы, как и все автотрофы, обходятся без поступления извне необходимых питательных веществ, они вырабатывают их самостоятельно. Однако в отличие от зеленых растений нитрифицирующие бактерии не нуждаются даже в солнечном свете для процесса питания.
Есть организмы, использующие для получения энергии электричество. Недавно группа японских ученых опубликовала результаты исследования бактерий, живущих около глубоководных горячих источников. При трении водного потока о каменные выступы на дне образуется слабый заряд электричества, который и использовали изучаемые бактерии для получения пищи.
Врачи и микробиологи отмечают, что энергия нитрифицирующих бактерий, таких как Nitrosomonas и Nitrobacter, возникает в результате окислительных процессов. Эти микроорганизмы играют ключевую роль в круговороте азота, преобразуя аммиак в нитриты, а затем в нитраты. В процессе окисления аммиака бактерии используют энергию, освобождающуюся при реакции с кислородом. Это позволяет им синтезировать органические соединения, необходимые для их роста и размножения. Врачи подчеркивают, что понимание этих процессов важно не только для экологии, но и для медицины, так как нитрифицирующие бактерии могут влиять на качество воды и, следовательно, на здоровье человека.
Что нужно для питания растений?
Обитающие в почве нитрифицирующие бактерии способом окисления разлагают аммиак, который образуется от гниения органики, до азотистой кислоты. Другие бактерии окисляют (добавляют кислород с выделением энергии) азотистую кислоту до азотной. В свою очередь обе эти кислоты с помощью минеральных веществ из почвы создают соли и фосфаты для питания растений.
Кроме этого, для питания необходим азот, содержащийся в окружающей среде. Однако самостоятельно добывать его растения не способны. На помощь приходят азотфиксирующие бактерии. Они усваивают азот, находящийся в воздухе, и переводят его в доступную для растительности форму – соединения аммония. Азотфиксирующие нитрифицирующие бактерии могут свободно жить в почве (азотобактер, клостридиум) или находиться в симбиозе с высшими растениями (клубеньковые).
Читайте также:
Следующее звено в пищевой цепочке
Большая группа живых организмов не умеет самостоятельно синтезировать нужные органические соединения из неорганических. Такие организмы носят название гетеротрофы, или консументы (от лат. «употреблять»). Они получают органические вещества извне, а затем перестраивают молекулы для своего пользования, то есть напрямую зависят от продуктов фотосинтеза. Консументами являются грибы, животные, многие бактерии, паразиты и хищные растения.
Например, употребляя пищу растительного происхождения, мы напрямую используем продукт, синтезированный за счет энергии солнечного света. С животной пищей мы получаем готовые органические вещества, которые были получены животными из растений.
Однако полностью разложить получаемую органическую пищу гетеротрофы не могут. Всегда остаются отходы жизнедеятельности, которыми, в свою очередь, занимается отдельная группа микроорганизмов.
Нитрифицирующие бактерии играют ключевую роль в круговороте азота в природе, и их энергия вызывает интерес у ученых и экологов. Эти микроорганизмы, такие как Nitrosomonas и Nitrobacter, получают энергию в процессе окисления аммиака до нитритов и затем нитритов до нитратов. Люди отмечают, что этот процесс не только способствует очищению почвы, но и улучшает ее плодородие. Исследования показывают, что нитрифицирующие бактерии могут адаптироваться к различным условиям, что делает их важными для устойчивого сельского хозяйства. Некоторые специалисты подчеркивают, что понимание механизмов, с помощью которых эти бактерии получают энергию, может помочь в разработке новых методов управления азотными удобрениями, что, в свою очередь, снизит негативное воздействие на окружающую среду.
Кто занимается утилизацией отходов в природе
Бактерии и грибы, использующие отмершие остатки живых организмов, называют редуцентами (от лат. «восстановление»). Они разлагают органические остатки способом окисления до неорганики и простейших органических соединений. От прочих живых существ редуценты отличаются тем, что не имеют твердых непереваренных остатков.
В процессе биологической очистки принимают активное участие гетеротрофные и автотрофные нитрифицирующие бактерии, обитающие в почве, иле, гниющих остатках, водоемах. Они превращают аммиак, выделяемый другими живыми организмами вместе с отходами жизнедеятельности, в соли азотной кислоты (нитраты). Процесс нитрификации происходит в два этапа. Сначала аммиак окисляется до нитрита, затем следующая группа бактерий окисляет нитрит до нитрата.
Эта группа бактерий возвращает в почву и воду минеральные соли, которые вновь используются продуцентами-автотрофами. Таким способом замыкается оборот минеральных составляющих в природе.
Живые биологические фильтры
На практике свойства нитрифицирующих бактерий широко используют в создании биологических фильтров для аквариумов.
Аквариум с чистыми стенками и прозрачной водой, в которой плавают разноцветные рыбки, – украшение для любого помещения и предмет законной гордости владельца. Добиться чистоты в аквариуме не так-то просто. Остатки корма, экскременты рыб, частички отмерших водорослей не делают воду чище.
Довольно долгое время любители аквариумов использовали только способы механической очистки. В отличие от механики биологический фильтр — это не прибор, а некая совокупность процессов, в результате которых из воды удаляются токсичные соединения:
- Содержащийся в мочевине аммоний, который при повышении рН воды превращается в более опасный аммиак. Соотношение температуры и рН воды в аквариуме напрямую связано с количеством токсичного аммиака. При 20⁰С и рН 7 содержание аммиака 0,5%, а при 25⁰С и рН 8,4 – уже 10%.
- Следующая опасность – нитрит, получаемый при окислении аммиака.
- Окисление нитрита дает нитрат, который тоже токсичен.
Понизить содержание токсичных веществ в воде аквариума можно многими способами. Некоторые зависят только от человека, например, своевременная смена воды. Другие происходят сами по себе – растения и микроорганизмы усваивают соединения азота для собственных надобностей.
Первый способ трудозатратен (кому захочется бегать с ведрами?), а второй требует определенных условий – бактериям нужна пища, комфортная температура и место для жизни.
В биологическом фильтре для аквариумов участвуют две группы бактерий – нитрифицирующие (Nitrosomonas) и нитробактерии (Nitrobacter). Нитрифицирующие бактерии делают из аммиака нитриты, а нитробактерии – из нитрита нитрат. Результат последней реакции частично используется водорослями, но основное количество нитрата можно удалить, только сменив воду в аквариуме. От необходимости бегать с ведрами не смогут освободить никакие бактерии.
Для комфортного проживания бактерий в аквариуме нужна температура 26 -27⁰С, наличие кислорода (аэрация) и фотосинтез (водные растения). Пищей их обеспечат обитатели аквариума, а домом послужит аквариумная почва.
Итак, микроорганизмы обрабатывают неорганические вещества, находящиеся в окружающей среде, и создают в почве условия для питания растений. Источником энергии для животных служат, в свою очередь, растения. На следующем этапе животные-хищники забирают энергию у своих травоядных собратьев. Человек, как все высшие хищники, может получать питание и от растений, и от животных. Остатки жизнедеятельности животных и растений служат пищей для микроорганизмов, поставляющих неорганические вещества. Круг замкнулся.
Поддержание жизни и получение энергии возможно в совершенно разных природных условиях. Возможность зарождения новой жизни в непредставимых, на первый взгляд, условиях доказывает, насколько многогранна и пока мало изучена наша среда обитания.
Вопрос-ответ
Какая роль нитрифицирующих бактерий в экосистеме?
Нитрифицирующие бактерии играют ключевую роль в круговороте азота, преобразуя аммоний в нитриты, а затем в нитраты. Эти процессы способствуют улучшению доступности азота для растений, что, в свою очередь, поддерживает здоровье и продуктивность экосистемы.
Как нитрифицирующие бактерии получают энергию для своей жизнедеятельности?
Эти бактерии получают энергию через окисление аммония или нитритов. Процесс окисления сопровождается выделением энергии, которая используется для синтеза органических веществ и поддержания жизнедеятельности клеток.
Каковы условия, необходимые для активности нитрифицирующих бактерий?
Для эффективной работы нитрифицирующих бактерий необходимы определенные условия: оптимальная температура, наличие кислорода, а также подходящий уровень pH и достаточное количество питательных веществ. Эти факторы способствуют их росту и активности в почве или водоемах.
Советы
СОВЕТ №1
Изучайте экосистемы, в которых обитают нитрифицирующие бактерии, такие как почва и водоемы. Понимание их среды обитания поможет вам лучше осознать, как они получают свою энергию и какую роль играют в круговороте веществ.
-
Читайте также:
СОВЕТ №2
Обратите внимание на влияние различных факторов, таких как температура, pH и содержание кислорода, на активность нитрифицирующих бактерий. Это знание может быть полезно для оптимизации условий в сельском хозяйстве или аквакультуре.
СОВЕТ №3
Изучайте методы повышения численности нитрифицирующих бактерий в вашем саду или аквариуме. Например, использование органических удобрений может способствовать их росту и улучшению качества почвы или воды.
СОВЕТ №4
Следите за последними исследованиями в области микробиологии и экологии. Научные открытия могут предложить новые подходы к использованию нитрифицирующих бактерий для улучшения экосистем и повышения устойчивости сельского хозяйства.
