7. Хемосинтез
В 1977 г. американские геологи на подводном аппарате «Алвин» в рифтовой зоне подводного хребта Тихого океана, в 320 км к северо-востоку от Галапагосских островов, на глубине 2600 м обнаружили «оазисы жизни» у выходов гидротермальных источников [3, с. 150]. В полной темноте, у выходов горячих источников, при обилии сероводорода были встречены гигантские (1-1,5 м длиной) погонофоры (вестиментиферы) – большие черви, живущие в трубках, крупные белые двустворчатые моллюски, а также креветки, крабы и отдельные экземпляры рыб.
Плотность гигантских погонофор здесь составляла 22 экз./м2, что соответствует биомассе 6-10 кг/м2; а моллюсков – более 300 экз./м2, что равно биомассе 10 кг/м2. Такая плотность живых организмов в весьма неблагоприятных условиях, где невозможен фотосинтез, господствует сероводородное заряжение, обильны содержания ядовитых металлов, была просто неожиданной и загадочной.
Проведенные исследования показали, что высокая температура (до 20 0С и более, а на этих глубинах в океане – всего 2 - 4 0С) не может объяснить особенностей развития уникальной экосистемы гидротермальных источников. Анализ проб воды, отобранных в этих местах рифтовых зон, показал значительную концентрацию сероводорода и наличие в ней хемосинтезирующих бактерий, использующих для своей жизнедеятельности сероводород. Именно эти серные бактерии в данной морской экосистеме играют роль зеленых растений, используя вместо солнечного света сероводород и другие соединения серы, и служат первичными продуцентами.
С точки зрения экологии подводные «оазисы жизни» представляют собой совершенно оригинальное явление, не имеющее эквивалента на нашей планете. В последние годы такие «сгущения живого вещества» в рифтовых зонах обнаружены в различных районах Мирового океана: на Восточно-Тихоокеанском поднятии, в центральной Атлантике, в районе Японского желоба, в Калифорнийском заливе, в западной части Тихого океана и т. д. Все это говорит о том, что глубоководные хемосинтезирующие экосистемы представляют собой широко распространенное экологическое явление, не имеющее аналогов в наземной среде.
Итак, кроме фотосинтеза растений, синтез органического вещества осущест- вляется бактериями. Считается, что именно фотосинтез бактерий был первичным процессом на Земле, первым этапом развития автотрофности. К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификаторы, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. Они называются так по субстратам окисления, которыми могут быть NH3, NO2-, CO, H2S, S, Fe2+, H2.
Серобактерии получают энергию, окисляя сероводород. Этот процесс можно описать следующим уравнением: 2 Н2S + О2 2 Н2О + 2 S + энергия. Образующаяся в результате этой реакции свободная сера накапливается в цитоплазме серобактерий. Если недостает далее сероводорода, то происходит окисление свободной серы в бактериальной цитоплазме с дальнейшим освобождением энергии: 2 S + 3 О2 + 2 Н2О 2 Н2SО4 + энергия. Эта энергия используется для синтеза органических веществ из углекислого газа. Источником углерода для них служит СО2, восстанавливающийся за счет молекулярного водорода, или водорода, входящего в состав Н2S, и какого-либо иного неорганического вещества. Водород каждого промежуточного продукта окисляется кислородом. Эти процессы (окисление сероводорода, накапливание серы, поэтапное окисление до серной кислоты ) необходимы для накопления энергии, обеспечивающей следующую реакцию образования органического вещества:
6 СО2 + 12 Н2S (СН2О)6 + 6 Н2О + 12 S.
Хемосинтезирующие бактерии окисляют также соединения железа и марганца. Считают, что образование залежей железных и марганцевых руд является результатом деятельности микроорганизмов в прошлые геологические эпохи (В. И. Вернадский).
Хемосинтез был открыт С. Н. Виноградским в 1889-1890 гг. Роль нитрифицирующих бактерий была показана С. Н. Виноградским. Нитрифицирующие бактерии являются обитателями почвы. Они получают энергию окислением аммиака, образующегося в почве в результате разложения белков (остатков животных и растений). Реакция окисления аммиака приводит к образованию азотистой кислоты. В этой реакции выделяется энергия в количестве 662 кДж. Образующаяся в ходе этой реакции азотистая кислота окисляется нитрифицирующими бактериями другого вида до азотной кислоты с выделением энергии 101 кДж.
Укажите соответствующие реакции данных процессов …
[1] 4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O; 2 NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O;
[2] N2 + 3 H2 = 2 NH3 ; 4 NH3 + 3 O2 = 2 N2 + 6 H2O;
[3] 2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O; 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3;
[4] 2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O; 2 HNO2 = NO + NO2 + H2O.
- Омск – 2003
- Рекомендации к тестовым заданиям
- 1. Экология
- 2. Определение экологии
- Понятие биоценоза
- Видовое разнообразие биоценоза
- Пространственная структура биоценоза
- Отношения организмов в биоценозах
- Трофическая структура биоценоза
- Понятие о популяции
- Свойства популяционной группы
- Рождаемость популяции и смертность
- Вариант 2
- 1. Предмет и основные задачи экологии
- 2. Экосистемы
- 3. Биогеоценоз
- 4. Биомы. Основные типы сухопутных биомов
- 5. Экологические пирамиды
- 6. Экологические факторы
- 7. Основные экологические факторы. Температура
- 8. Типы экологических взаимодействий
- 9. Развитие и эволюция экосистемы
- Общие закономерности сукцессии
- Вариант 3
- 1. Биосфера Земли
- 2. Биосфера как внешний уровень организации живых систем. Совершенный дизайн не может быть продуктом случая
- 3. Границы биосферы
- 4. Неоднородность, мозаичность биосферы
- Организованность биосферы
- Компоненты биосферы
- Живое вещество планеты
- 8. Средообразующая роль живого вещества
- 9. Средообразующая роль живого вещества. Состав атмосферы
- 10. Функции живого вещества в биосфере
- Вариант 4
- 1. Биологическое разнообразие как основа стабильности биосферы
- 2. Биологическая продуктивность экосистем
- 3. Уровни биологической организации и экология
- 4. Развитие организма как живой целостной системы
- 5. Органические соединения в живом веществе
- 6. Фотосинтез – основной процесс в экосистеме
- 7. Хемосинтез
- 8. Саморегуляция и устойчивость экосистем
- 9. Экологическая ниша
- 10. Биологические ритмы
- Вариант 5
- 1. Баланс энергии и круговорот вещества в биосфере
- 2. Круговорот воды
- 3. Биогеохимические циклы
- 4. Круговорот углерода
- Биогеохимический круговорот азота
- 7. Биохимические циклы кислорода
- Биохимический цикл водорода
- 8. Биохимический цикл серы
- Биохимический цикл фосфора
- Мировая суша
- Земная кора
- Отличительные признаки ноосферы. Техногенез