Разложение жизни бактериями – круговорот завершается

Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе

Круговорот
веществ в природе — циклы превращения
химических элементов, из которых
построены живые существа.

Этапы
круговорота различных химических
элементов осуществляется микроорганизмами
разных групп. Непрерывное существование
каждой группы зависит от химических
превращений элементов, осуществляемых
другими группами микроорганизмов. Жизнь
на Земле непрерывна, поскольку все
основные элементы жизни подвергаются
циклическим превращениям, в значительной
степени определяемыми микроорганизмами.

Титаническая
роль микроорганизмов в круговороте
веществ в природе имеет исключительное
значение для поддержания динамического
равновесия биосферы.

Углерод.
Атмосферный воздух содержит чуть больше
0,03 % углерода в виде углекислого газа.
Фотоситетические бактерии утилизируют
углекислый газ в процессе фотосинтеза.
Причем фотосинтетическая продуктивность
бактерий настолько велика, что запас
углекислого газа в атмосфере был бы
исчерпан за 20 лет.

Обратите внимание

В настоящее время
считается, что углекислого газа на
Земле, при учете его запасов в океанах
и запасов угля, хватит на 1000–3000 лет. Это
объясняется активным участием
микроорганизмов в процессах образования
углекислого газа.

Небольшая часть
минерализованного углерода (1–1,5 %)
поступает в атмосферу в форме метана.

Метан образуется из органических веществ
в местах, недоступных для кислорода
воздуха (в почве тундр, на рисовых полях,
в рубце жвачных животных), затем поступает
в атмосферу и окисляется ОН–радикалами
через СО до СО2
с участием бактерий.

Главным источником
углерода для анаэробных почвенных
микроорганизмов являются растительные
остатки, содержащие пектиновые вещества
и целлюлозу.

Азот.

В круговороте
азотсодержащих веществ участвуют:

  1. аммонификаторы, вызывающие гниение трупов животных, остатков растений, разложение мочевины с образованием азотистых веществ и аммиака.

    Это аэробные бактерии Bacillussubtilis, Bacillusmesentericus, Serratiamarcescens; факультативноанаэробные бактерии рода Proteus; анаэробы Clostridiumsporogenes, Clostridiumputrificum; уробактерии, расщепляющие мочевину (Urobacilluspasteuri, Sarcinaurea); грибы рода Aspergillus, Mucor, Penicillium.

  2. нитрифицирующие бактерии, которые нитрифицируют аммоний в хорошо аэрируемых почвах. Nitrosomonas (окисляют аммиак до азотистой кислоты, образуя нитриты) и Nitrobacter (превращают азотистую кислоту в азотную и нитраты). Нитриты и нитраты усваиваются высшими растениями. В отсутствие кислорода из нитрата образуется молекулярный азот, т. е.

    происходит денитрификация, которая ведет к потере азота почвой. Прокариоты, имеющие ферменты нитрогеназу, способны к азотфиксации (превращению атмосферного азота в органические соединения). Нитрогеназа работает только в анаэробных условиях, в присутствии кислорода фермент необратимо инактивируется (рис. 84).

Рис. 84 .

Фиксация атмосферного азота

  1. азотфиксирующие бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности из молекулярного азота синтезируют белки и другие органические соединения азота, используемые растениями.

    Многие азотофиксирующие бактерии могут жить сами по себе, некоторые виды могут обитать в клубеньках бобовых растений.

    Эукариоты не способны к азотофиксации, поэтому некоторые бактерии в симбиозе с высшими растениями обеспечивают их азотом (симбиотические азотфиксирующие клубеньковые бактерии). Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота.

Среди почвенных
аэробных спорообразующих бактерий есть
олигонитрофильные виды, которые хорошо
развиваются на безазотистой среде, так
как способны усваивать атмосферный
азот.

Эти микроорганизмы характеризуются
слабой азотфиксирующей способностью,
однако их накопление в почве может
значительно содействовать обогащению
ее азотом и повышать плодородие.

Есть и небиологическая
фиксация азота.

Производя азотные
удобрения, человек успешно конкурирует
с биологическими фиксаторами и биосферой
в количестве фиксируемого азота.

Фосфор.


Спороносные бактерии переводят
нерастворимые фосфорные соединения в
легко растворимые различными механизмами:
растворением трикальцийфосфата,
переводом фосфоритов в апатиты или
фосфитов в фосфаты, минерализацией
органофосфатов в результате ферментативной
деятельности бактерий и выделения ими
кислот. Азотфиксирующие цианобактерии
способны утилизировать ионы фосфора
из воды.

Сера.
Сульфатредуцирующие бактерии участвуют
в процессах образования нефти, сероводорода
в морях, почвах, лечебных грязях.

В почвах
наибольшие количества сероводорода
образуются при диссимиляционном
восстановлении сульфатов, осуществляемом
сульфатредуцирующими бактериями. Этот
сероводород может быть окислен анаэробными
фототрофными бактериями до серы и
сульфатов, доступных для усвоения
корнями растений.

Образование сероводорода
сульфатредуцирующими бактериями может
приносить вред, вызывая коррозию
металлических подводных и подземных
сооружений.

Источник: https://StudFiles.net/preview/3882818/page:97/

Сапрофитные бактерии

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения, используя солнечную энергию, создают органические вещества из углекислого газа воздуха, воды и минеральных соединений почвы.

Эти вещества возвращаются в почву в виде сложных органических веществ отмерших растений и животных, недоступных для непосредственного использования растениями. Для вовлечения их снова в круговорот веществ необходимо разложение этих веществ до более простых, т. е. минерализация.

В результате деятельности бактерий отмершие растения и трупы животных разлагаются, минерализуются и опять становятся пищей для растений. Важнейшие пути разложения органических веществ — гниение и брожение.

Гниением называется разложение бактериями органических веществ, содержащих азот.

Процесс гниения встречается повсеместно и играет огромную санитарную роль, очищая землю от трупов животных и растений, обеспечивая почвам плодородие и, увы, вызывая порчу продуктов питания.

Важно

Гниению подвергаются самые различные азотсодержащие соединения: белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, амиды, амины, мочевая кислота и мочевина.

Процесс гниения сопровождается выделением углекислого газа, аммиака и энергии, избыток которой вызывает нагревание субстрата. Выделяется и ряд других газов, многие из которых (сероводород, метан) имеют резкий неприятный запах. При гниении образуются также ядовитые вещества, поэтому употребление в пищу или скармливание животным гниющих продуктов недопустимо.

Для предохранения продуктов от гниения необходимо уничтожить бактерии и их споры или создать условия для подавления их размножения, для чего продукты подвергают различным способам консервации, пастеризации, замораживанию, солению, высушиванию, засахариванию.

Брожением называется разложение бактериями безазотистых органических веществ в анаэробных условиях. Брожение широко распространено в природе. Бактерии, вызывающие его, используют образующиеся вещества и выделяющуюся энергию для собственного обмена веществ.

Процессы брожения очень разнообразны, многие из них имеют большое практическое значение. Молочнокислое брожение осуществляется большой группой молочнокислых бактерий. Они производят анаэробное окисление Сахаров молока или других углеводов в молочную кислоту.

Образование молочной кислоты препятствует развитию гнилостных бактерий и обеспечивает сохранность сочных продуктов. Пример брожения — квашение капусты, огурцов, силосование кормов.

Силосование имеет большое хозяйственное значение. Оно позволяет убирать растительную массу в любую погоду, дает меньшие потери, чем сушка, позволяет использовать на корм грубые отходы (стебли подсолнечника, кукурузы и т. д.).

Окисление спирта в уксусную кислоту уксуснокислыми бактериями лежит в основе получения уксуса.

Источник: http://biologiya.net/botanika/systematika/saprofitnye-bakterii.html

Ответы@Mail.Ru: кто такие организмы-санитары?

Это бактерии – сапрофиты, питающиеся органическими остатками мёртвых животных и растений (бактерии брожения, гнилостные и др.) .

Одни бактерии могут расти и размножаться только в присутствии кислорода (аэробы) , другие – в его отсутствии (облигатные анаэробы) , третьи могут существовать как в его присутствии, так и в отсутствии (факультативные анаэробы) .

Известные всем процессы брожения и гниения протекают с участием анаэробных бактерий, расщепляющих соответственные углеводы и белки. Разложение бактериями погибших растений и животных – важнейшее звено биогеохимических циклов углерода, кислорода, азота, серы и других элементов, а также круговорота веществ в биосфере в целом.

Совет

Значение бактерий велико. Считается, что это первые организмы, появившиеся на Земле и создавшие условия для дальнейшего развития жизни. Они участвуют в круговороте веществ в природе, в формировании плодородного слоя почвы (некоторые почвенные бактерии) , поддерживают баланс углекислого газа в атмосфере.

Гнилостные бактерии – природные санитары. В то же время гнилостные наносят существенный вред – вызывают порчу продуктов, кормов и др. Бактерии кишечной флоры (микрофлоры) животных и человека (а у жвачных – и желудка) участвуют в нормальном переваривании пищи у своих хозяев.

Бактерии гниения! Бактерии, вызывающие гниение мертвых растений и животных, очень полезны для человека. Не только потому, что они разлагают мертвые ткани на простые соединения, из которых те состоят, но еще и потому, что без бактерий гниения земля покрылась бы бесполезным мертвым веществом и не осталось бы места для живого.

питаются падалью и отбросами

санитар леса – еж, муравей жуки могильщики, копрофаги, тоже сойдут, они г.. . жрут, скарабеи опять же! бактерии гниения, грибы! санитаров много!

уру (4680) 4 года назад
Это бактерии – сапрофиты, питающиеся органическими остатками мёртвых животных и растений (бактерии брожения, гнилостные и др.) .

Одни бактерии могут расти и размножаться только в присутствии кислорода (аэробы) , другие – в его отсутствии (облигатные анаэробы) , третьи могут существовать как в его присутствии, так и в отсутствии (факультативные анаэробы) .

Известные всем процессы брожения и гниения протекают с участием анаэробных бактерий, расщепляющих соответственные углеводы и белки. Разложение бактериями погибших растений и животных – важнейшее звено биогеохимических циклов углерода, кислорода, азота, серы и других элементов, а также круговорота веществ в биосфере в целом.

Совет

Значение бактерий велико. Считается, что это первые организмы, появившиеся на Земле и создавшие условия для дальнейшего развития жизни. Они участвуют в круговороте веществ в природе, в формировании плодородного слоя почвы (некоторые почвенные бактерии) , поддерживают баланс углекислого газа в атмосфере.

Обратите внимание

Гнилостные бактерии – природные санитары. В то же время гнилостные наносят существенный вред – вызывают порчу продуктов, кормов и др. Бактерии кишечной флоры (микрофлоры) животных и человека (а у жвачных – и желудка) участвуют в нормальном переваривании пищи у своих хозяев

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/68121342

Участие микроорганизмов в круговороте веществ

Возможность жизни на нашей планете определяется непрерывно протекающим круговоротом основных биогенных элементов (углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы и др.). Ведущая роль в процессах трансформации этих элементов принадлежит прокариотам.

Приведем характерный пример. Содержание углекислого газа в атмосфере минимально (составляет всего 0,03%), и если бы не происходил постоянный возврат СО2 в атмосферу, этот газ был бы израсходован в процессе фотосинтеза за какие-нибудь 7—40 лет.

Дальнейшая жизнь оказалась бы невозможна. Однако этого не происходит.

В результате разложения органических соединений различными группами микроорганизмов в атмосферу возвращается 90% углекислого газа, остальные 10% СО2 пополняются в атмосфере за счёт дыхания эукариот, а также за счет хозяйственной деятельности человека.

Помимо углекислого газа, при разложении органических соединений микроорганизмы возвращают в атмосферу и другие газообразные продукты, такие, как Н2, Н2S, N2, СН4. Таким образом, они осуществляют не только деструкцию растительного и животного опада, выполняя роль санитаров планеты, но одновременно регулируют газовый состав атмосферы.

Ведущая роль прокариот в процессах трансформации элементов в биосфере определяется прежде всего огромной численностью микроорганизмов, повсеместным распространением их, а также универсальностью ферментативного аппарата микробной клетки, способной перерабатывать любые вещества субстрата.

Запасы азота в природе очень велики. Он входит в состав всех организмов на Земле. Общее содержание его в организмах составляет более 25 млрд. тонн, большое количество азота находится также в почве.

Но еще более грандиозен запас азота в атмосфере: над каждым гектаром почвы поднимается столб воздуха, содержащий около 80000 тонн молекулярного азота. Ежегодно на образование вновь вырастающих растений требуется около 1,5 млрд. тонн азота в форме, доступной для усвоения растениями.

Важно

Имеющегося в воздухе и почве азота хватило бы для обеспечения урожая, даже при одностороннем использовании, на несколько миллионов лет. Однако растения часто дают низкие урожаи именно из-за недостатка азота в почве. Это объясняется тем, что только небольшая группа азотистых соединений может быть быстро усвоена растениями.

Не только свободный азот, но и многие формы связанного азота не могут служить источником азотного питания для растений.

Азот, поступающий в виде белковых веществ в почву вместе с остатками растений и животных, совсем не годится для этих целей, он должен быть подвергнут минерализации, а образующийся при этом аммиак должен быть окислен в соли азотистой и азотной кислот. В основе процессов круговорота азота лежат следующие биохимические процессы: гниение белков, разложение мочевины, нитрификация, денитрификация и фиксация атмосферного азота.

Гниение, или аммонификация белков — микробиологический процесс, при котором под воздействием гнилостных микроорганизмов происходит гидролитическое расщепление белков, поступающих в почву с трупами животных и отмирающими растениями, с образованием промежуточных продуктов (альбумоз, пептонов, амино- и амидокислот), а также дурно пахнущих веществ — индола, сероводорода, меркаптана, летучих жирных кислот.

Конечным продуктом гидролиза белков и дезаминирования аминокислот является NH3, почему этот процесс и называется аммонификацией белка.

Таким образом, при гниении происходит минерализация белковых веществ, которая в зависимости от химического состава белков субстрата, вида гнилостных бактерий и условий их жизнедеятельности может быть полной или не доведенной до конца. При полной минерализации белка образуются СО2, NH3, Н2О, H2S и минеральные соли.

При широком доступе кислорода продукты гидролиза белков подвергаются полному окислению, зловонных веществ образуется значительно меньше, чем при анаэробных условиях. Такой процесс называется тлением.

Гниение — преимущественно анаэробный процесс, при котором полного окисления некоторых продуктов, например жирных кислот, не происходит. Гнилостные микробы широко распространены в почве, воде, воздухе, в животных и растительных организмах.

Поэтому любой продукт, не защищенный от них, быстро подвергается гниению. Его вызывают как анаэробные, так и аэробные микроорганизмы, причем они могут действовать и преемственно, и одновременно.

Совет

Наиболее энергичными возбудителями гниения, сопровождающегося глубоким распадом белка и образованием азотистых и безазотистых соединений (индола, скатола, жирных кислот и др.), являются Bacillus mycoides, B.Mesentericus, а также Clostridium putrificum, C.

sporogenes. Последние два — анаэробы, содержатся в кишечнике и после смерти вызывают зловонное разложение трупов.

Процессы гниения протекают только при наличии условий, благоприятных для жизнедеятельности их возбудителей (влажность, температура и т. п.). В сухой песчаной почве трупы подвергаются мумификации (высушиванию без гниения).

Гнилостные процессы происходят и в организме человека, в частности в кишечнике; причиной их являются Е.со1i и другие микробы. По мнению И. И. Мечникова, продукты гниения (скатол, индол и др.

), постоянно образующиеся в организме, вызывают хроническую интоксикацию и являются одной из причин преждевременного старения.

Гнилостные процессы протекают также при газовой гангрене: ткани, омертвевшие под влиянием образуемых возбудителями этой болезни экзотоксинов, заселяются гнилостными аэробными и анаэробными бактериями и подвергаются распаду. Некоторые гнилостные процессы используются в промышленности с полезной целью, например при выработке кожи для отделения от нее шерсти — швицевании.

Исключительное значение процессов гниения заключается в том, что они играют важную роль в естественном самоочищении почвы и воды.

Этим пользуются для строительства специальных очистных сооружений (полей ассенизации, орошения и т. п.

), для биологической переработки и обезвреживания фекальных нечистот и сточных вод, содержащих много мертвых белковых субстратов. Гниение ведет к обогащению почвы азотистыми продуктами.

Следующим важным этапом круговорота азота, вслед за образованием NH3, является процесс нитрификации, т. е.

Обратите внимание

окисление NH3 вначале в азотистую, а затем в азотную кислоту, соли которых наиболее пригодны для азотного питания растений. Процесс нитрификации вызывается двумя группами открытых С. Н.

Виноградским нитрифицирующих бактерий. Нитрозобактерии окисляют NH3 до азотистой кислоты, а нитробактерии окисляют азотистую кислоту в азотную.

Нитрифицирующие бактерии — строгие аэробы, хемолитотрофы. Энергию окисления они используют для восстановления СО2 в гексозу. Благодаря нитрифицирующим бактериям в почве могут образовываться огромные скопления солей азотной кислоты в виде селитры (в Чили, Перу).

Завершая процесс минерализации белковых веществ, нитрифицирующие бактерии играют исключительно важную роль и в процессах самоочищения почвы и воды, и в санитарно-гигиенических устройствах (поля орошения и т. п.).

Таким образом, нитрифицирующие бактерии способствуют повышению урожайности почвы благодаря накоплению в ней азотнокислых солей.

Однако в почве происходят и противоположные процессы, т.е.денитрификации, или восстановлений микроорганизмами солей азотной кислоты в соли азотистой кислоты и в другие простые азотистые соединения, вплоть до свободного азота, который, уходит в атмосферу.

Способностью восстанавливать нитраты в нитриты обладает большое количество видов бактерий и грибов.

Денитрифицирующие бактерии (в частности, некоторые виды Pseudomonas) в анаэробных условиях используют денитрификацию как основную форму дыхания. Для них соли азотной и азотистой кислот служат источниками азота.

Энергию для своей специфической деятельности денитрифицирующие бактерии получают из органических веществ, которыми богата почва. Денитрифицирующие бактерии наносят вред сельскому хозяйству, так как способствуют обеднению почвы минеральным азотом и переходу свободного азота в атмосферу.

Важно

Особенно энергично процессы денитрификации развиваются в слежавшейся, плохо аэрируемой почве. Однако убыль азота из почвы, вызванная активностью денитрифицирующих бактерий, компенсируется деятельностью свободноживущих аэробных и анаэробных и клубеньковых азотфиксирующих бактерий.

Более 90% азота связывают азотфиксирующие бактерии: на каждый гектар почвы ежегодно от 25 до 300 кг азота привносят только они.

Источник: http://biofile.ru/bio/4446.html

Бактерии задания ЕГЭ часть 2

1. Особенности строения и жизнедеятельности бактерий?

1) Не имеют оформленного ядра, наследственный материал представлен кольцевой молекулой ДНК.

2) Не имеют мембранных органоидов (митохондрий, ЭПС, комплекса Гольджи ), их функции выполняют мезосомы – впячивания мембраны.

3) Имеется клеточная стенка из муреина.

4) Делятся простым делением надвое, митоза и мейоза нет.

5) По способу питания бывают автотрофы (фотоавтотрофы и хемоавтотрофы) и гетеротрофы (сапрофиты, паразиты и симбионты); по способу дыхания – аэробы и анаэробы.

6) Неблагоприятные условия переносят в форме спор.

7) Одноклеточные, иногда могут быть колониальными.

2. Какие способы и типы питания бактерий вы знаете?

1) По типу питания бактерии бывают автотрофы (образуют органические вещества из неорганических) и гетеротрофы (питаются готовыми органическими веществами).

2) Автотрофы по способу получения энергии бывают фотоавтотрофы (используют энергию солнечного света) и хемоавтотрофы (используют энергию химических связей неорганических соединений).

3) Гетеротрофы бывают сапрофитами (питаются разлагающимися органическим веществом), паразиты (питаются клетками живых организмов), симбионты (сожительствуют с другими организмами и питаются органическим веществом этих организмов).
Например, клубеньковые бактерии (от растений получают органическое вещество, а растениям дают связанные формы азота).

3. Какое значение имеют бактерии в природе?

1) Бактерии принимают активное участие в круговороте веществ в природе. Например, большая группа гнилостных бактерий, которых называют природными санитарами. Они разрушают трупы животных и растительные остатки, превращая сложные органические соединения в минеральные. С их участием образуется перегной и повышается плодородие почвы.

2) Клубеньковые бактерии и азотобактер способны усваивать атмосферный азот.

3) Бактерии участвуют в образовании железорудных месторождений.

4) Бактерии пищеварительного тракта жвачных животных расщепляют целлюлозу.

5) Бактерии, обитающие в воде, являются кормом для рыб и мелких животных.

Совет

6) Фитопатогенные бактерии вызывают чёрный бактериоз пшеницы, паршу картофеля, бактериоз огурцов и капусты, пятнистостьи рак томатов.

7) Цианобактерии часто вызывают цветение воды в загрязнённых водоёмах.

4. Почему при отсутствии сапротрофных бактерий жизнь на Земле была бы невозможна?

1) Сапротрофные бактерии – гетеротрофные организмы, использующие для питания органические соединения мёртвых тел или выделения животных.

2). при их отсуствии на земной поверхности скопились бы органические вещества.

3) В экосистемах являются редуцентами.

4) Сапрофиты составляют важное звено в биологическом круговороте веществ и энергии. Отсутствие сапрофитов остановит круговорот веществ в природе, формирование структуры и плодородия почвы.

5. Какое молоко: стерилизованное или свеженадоенное прокиснет быстрее в одних и тех же условиях?

1) Быстрее прокиснет свеженадоенное молоко, т.к. в нём находятся бактерии, которые вызывают его брожение.

2) При стерилизации молока клетки и споры молочнокислых бактерий погибают и молоко сохраняется дольше.

6. Объясните, почему для выращивания бобовых растений не требуется подкормка азотными удобрениями?

1) Бобовые растения могут вступать в симбиоз с бактериями, которые живут в корневых клубенькх. (пример мутуализма)

2) Клубеньковые бактерии являются азотфиксирующими. Они поглощают атмосферный азот и преобразуют его в доступную форму для питания растения.

3) Поэтому для выращивания бобовых растений не требуется подкормка азотными удобрениями?

7. В чём состоит роль бактерий в круговороте веществ?

Обратите внимание

1) Бактерии-гетеротрофы (сапрофиты, паразиты и симбионты) – редуценты разлагают органические вещества до минеральных, которые усваиваются растениями.

2) Бактерии-автотрофы (фотоавтотрофы, хемоавтотрофы) – продуценты синтезируются органические вещества из неорганических, обеспечивая круговорот кислорода, углерода, азота.

8.

Строители при осуществлении земляных работ случайно вскрыли скотомогильник столетней давности.

Спустя некоторое время в этой местности был объявлен карантин в связи с заболеванием сибирской язвы, возбудителем которой являются бактерии.

1)В скотомогильнике были захоронены животные больные сибирской язвой.

2) При попадании в почву бактерии сибирской язвы оказались в неблагоприятных условиях, которые переносили в состоянии спор.

3)Споры бактерии сибирской язвы попали в благоприятные условия при вскрытии скотомогильника и активизировали свою деятельность, заражая людей и животных вокруг.

4) Поэтому в этой местности был объявлен карантин в связи с заболеванием сибирской язвы, возбудителем которой являются бактерии.

9. Какие способы получения энергии используют бактерии?

1) По типу питания бактерии бывают автотрофы (образуют органические вещества из неорганических) и гетеротрофы (питаются готовыми органическими веществами).

Важно

2) Автотрофы по способу получения энергии бывают фотоавтотрофы (используют энергию солнечного света) и хемоавтотрофы (используют энергию химических связей неорганических соединений).Бактерии-фотоавтотрофы содержат в клетках хлорофилл и способны к фотосинтезу.

Бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию неорганических соединений для создания собственных органических веществ.

3) Гетеротрофы бывают сапрофитами (питаются разлагающимися органическим веществом), паразиты (питаются клеткамиживых организмов), симбионты (сожительствуют с другими организмами и питаются органическим веществом этих организмов).Бактерии-паразиты используют органические соединения живых тел.

Бактерии-сапрофиты используют органические соединения мёртвых тел.

10. Как отличить бактериальную клетку от растительной?

1) У бактериальной клетки нет оформленного ядра, наследственный материал представлен кольцевой молекулой ДНК.

2) Нет мембранных органоидов (митохондрий, ЭПС, комплекса Гольджи), их функции выполняют мезосомы – впячивания мембраны.

3) У бактерий клеточная стенка из муреина.У растительной – из целлюлозы.

11. Почему бактерии нельзя отнести к эукариотам?

Совет

1) Бактерии не имеют оформленного ядра, наследственный материал представлен кольцевой молекулой ДНК.

2) Нет мембранных органоидов (митохондрий, ЭПС, комплекса Гольджи), их функции выполняют мезосомы – впячивания мембраны.

3) Делятся простым делением надвое, митоза и мейоза нет.

12. Объясните, роль бактерий в круговороте азота?

1) Клубеньковые бактерии и азотобактер способны усваивать атмосферный азот и переводят его в связанные формы, доступные для растений, обогощают почву азотом

2) При минерализации животного и растительного белка гнилостные бактерии образуют аммиак, который окисляется нитрифицирующими бактериями в нитриты, а затем в нитраты.

3) Как аммонийные соли, так и нитраты служат источником азотистого питания для высших растений, синтезирующих при этом белки своего тела.

13. На чём основано утверждение, что прокариоты – древние и наиболее примитивные организмы?

Совет

1) Бактерии не имеют оформленного ядра, наследственный материал представлен кольцевой молекулой ДНК.

2) Нет мембранных органоидов (митохондрий, ЭПС, комплекса Гольджи), их функции выполняют мезосомы – впячивания мембраны.

3) Делятся простым делением надвое, митоза и мейоза нет.

14. Как предохраняют продукты питания от порчи?

1) Гниение продуктов вызывают гнилостные бактерии. Их активность и размножение угнетают: низкая температура, отсутствие влаги или присутствие некоторых веществ — консервантов, например уксусной кислоты, большого количества поваренной соли и др.

2) Чтобы продукты не портились, их хранят в замороженном, консервированном, сухом виде, создавая неблагоприятные условия для жизни бактерий гниения.

Источник: https://infourok.ru/bakterii-zadaniya-ege-chast-1220355.html

Разложение живого вещества

Владимир Вернадский Эдуард Зюсс Джеймс Лавлок

Разложение есть результат биотических (связанных с деятельностью живых организмов), так и абиотических (непосредственно с жизнью несвязанных) процессов. Типичным абиотическим процессом разложения биоорганики является пожар.

Пожар – это важный, а иногда и необходимый процесс в экосистемах, где организмы-деструкторы не успевают возвращать вещество в круговорот жизни. Например, сильные (верховые) лесные пожары оставляют после себя удобренную почву, на которой через сравнительно короткое время разовьется более молодой лес.

К абиотическим деструкторам можно отнести также процессы замораживания и оттаивания, трение об воду и т.п.

Однако главную роль в процессах разложения играют живые существа. Все консументы, начиная с фитофагов и кончая сапротрофами, участвуют в процессе измельчения и переваривания пищи.

То есть процесс разложения происходит в основном благодаря преобразованию энергии внутри организмов и передаче ее от одного организма к другому вдоль пищевой цепи.

Этот процесс необходим для жизни, и в случае его прекращения вскоре все биогенные элементы оказались бы сосредоточенными в мертвых остатках, после чего жизнь прекратилась бы. В природе процесс разрушения примерно уравновешивает первичную продуктивность.

Основную работу в процессах распада биоорганики выполняют сапротрофы, в основном грибы и бактерии. Однако присутствие животных, особенно мелких (короеды, улитки, жуки-могильщики и т.п.) существенно ускоряет процесс разложения.

Например, животные-детритофаги не могут переварить целлюлозу, но они способны измельчить ее, увеличивая площадь, доступную для воздействия микроорганизмов. Кроме того, они выводят в среду белки, стимулирующие рост и активность микроорганизмов.

Обратите внимание

Одновременно они выедают часть бактерий и грибов, то есть участвуют в регулировании всего детритного комплекса. Процесс разложения довольно сложен и детально отлажен (так и хочется сказать «продуман»). Ни один вид сапротрофов не может самостоятельно осуществить разложение отмерших остатков.

Полное разрушение осуществляется целым комплексом разрушителей, которые последовательно сменяют друг друга, подготавливая среду друг для друга.

В процессе разложения можно выделить три стадии:

  • размельчение детрита, сопровождающееся высвобождением растворимого органического вещества;
  • сравнительно быстрое образование гумуса и высвобождение сапротрофами дополнительного количества растворимых органических веществ:
  • более медленная минерализация гумуса.

Гумус с химической точки зрения представляет собой комплекс продуктов конденсации ароматических соединений (фенолов) с продуктами распада белков и полисахаридов.

Детрит (продукты распада отмершей органики), гумус и другой органический материал играют важную роль при образовании почв.

Они придают почве структуру, благоприятную для роста растений, облегчают усвоение растениями питательных веществ.

Минерализация органических веществ, в результате чего растения снабжаются минеральным сырьем, является не единственной функцией сапротрофов. Как уже говорилось, они могут служить пищей для некоторых животных (например, грибы, собираемые нами в лесу).

Кроме того, грибы и микробы, несмотря на то, что мы считаем их примитивными, быстро приспосабливаясь к меняющимся условиям, обеспечивают «тонкую настройку», поддерживающую стабильность экосистемы.

Они выделяют в окружающую среду некоторые вещества (энзимы), оказывающие управляющее действие на всю экосистему, стимулируя или подавляя (ингибируя) активность отдельных подсистем.

Это в первую очередь «наружные гормоны» или «гормоны среды», например пенициллин, выделяемый плесневым грибом, подавляющий деятельность бактерий, а также разного рода витамины, стимулирующие их рост. Таким образом, благодаря сапротрофам, почва, как и живая ткань, обладает богатым набором ферментов и проявляет каталитическую активность.

Важно

В ней протекают сложнейшие процессы обмена веществ и энергии, идет непрерывное производство определенных органических веществ и переход сложных соединений в более простые, доступные растениям. В почве, как в любом живом организме, все сложнейшие процессы происходят с явными признаками упорядоченности. Все это позволяет рассматривать почву со всеми населяющими ее микро- и макроорганизмами, как единое биологическое тело, то есть живое существо.

Для биосферы важное значение имеет некоторое отставание разложения продукции автотрофного уровня от процессов ее создания, благодаря чему стабилизируется круговорот биогенных веществ и состав атмосферы (соотношение и ), а также происходит накопление горючих ископаемых.

Поэтому крайнюю озабоченность вызывает деятельность людей, которые ускоряют процессы разложения сжигая горючие ископаемые, разрушая структуру почвы, уничтожая леса.

В результате количество углекислого газа в атмосфере неуклонно возрастает, что заставляет нас беспокоиться по поводу грозящего планете потепления. В отличие от колебаний средней температуры планеты в прошлые эпохи, это потепление развивается стремительными темпами.

Мы уже подняли среднюю температуру планеты где-то на 2 градуса по сравнению с доиндустриальной эпохой. Еще на 2 градуса выше температура будет уже в 2050 году, если к тому времени цивилизация еще будет существовать в современном виде. Этот процесс рушит многие механизмы устойчивости экосистем.

Невооруженным глазом видно, как природа уступает стремительному натиску человека. Сможем ли мы сами выжить в стерильном мире? Конечно же, нет. Жизнь процветает благодаря разнообразию и тесному переплетению различных форм.

Может быть, поэтому природа активизирует против нас мир сапротрофов, поражая нас все новыми болезнями. Ведь сапротрофы пожирают не только отмершие организмы, но и ослабленные. А ослабление наших организмов вызвано тем образом жизни, который дисгармонирует с природой.

Микроорганизмы очень динамичны и чувствительны к малейшим изменениям среды, а может, и к изменениям биополя планеты, исполняя роль гормонов, управляющих всеми процессами в биосфере. В определенном смысле именно они являются «царями природы», корректируя численности популяций макроорганизмов.

Совет

Не это ли «голос планеты», все более дающий о себе знать в ответ на наше давление на нее?

Источник: http://ekologyprom.ru/kurs-lekczij-po-ekologii/351-razlozhenie-zhivogo-veshhestva.html

Гнилостные бактерии

Оказывается, у гнилостных бактерий, как вообще у многих бактерий, имеются органы движения, знакомые уже нам жгутики, при посредстве которых они могут самостоятельно передвигаться.

Как ни благодетельствуют нас эти наши друзья, без которых самая жизнь наша была бы невозможна, однако, надо быть с ними настороже; все бактерии коварны.

В то время как тело животного только что начало разлагаться и еще нисколько не напоминает собой порченного мяса, в нем могут под влиянием бактерий образоваться страшные яды, унесшие в могилу немало людей, съевших такое ядовитое мясо.

Особенно часты случаи отравления так называемым рыбным ядом, который при страшной силе действия на организм, ничем не выдает своего присутствия. При дальнейшем тлении трупов, эти яды сами разлагаются и исчезают.

Животное уже при жизни выбрасывает значительное количество воспринятых питательных элементов в виде кала и мочи. Все эти отбросы также перерабатываются микробами и минерализируются, после чего могут служить пищей для растений.

Уже выше было сказано, что в кишечнике человека и животных имеется колоссальное количество бактерий.

Они разлагают гнилостными процессами каловые массы уже внутри тела, а затем довершают разложение после того, как они извергнуты наружу.

Обратите внимание

Когда мы отвозим навоз в поле, мы часто не знаем, что это удобрение становится доступным для наших культурных растений только после переработки его микробами, незаметными кормильцами растений. Значительная часть азота, принятого в пищу животным, выделяется в виде мочи.

Азот — самый ценный для растений элемент, которого они жадно ищут повсюду и с которым обходятся крайне бережно. И вот, азот мочи становится доступным для растений, благодаря особому виду бактерий, производящих брожение мочи, открытое Пастером.

Эти оригинальные химики разлагают главную составную часть мочи человека, мочевину, на углекислый газ и аммиак, производя таким образом, ее полную минерализацию. А воспринятый растениями азот аммиака переходит в них в такие питательные вещества, которые поддерживают жизнь животных и человека.

Таким образом, бактерии брожения мочи также являются нашими благодетелями.

Безазотистые органические вещества, количество которых особенно велико в растениях, после смерти организма разлагаются прежде всего в громадных количествах в процессах спиртового, молочнокислого и маслянокислого брожения.

Дрожжи, поселяющиеся всегда там, где имеется запас сахара, на оболочках всех плодов, на ягодах винограда и других растений, только и ждут возможности проникнуть внутрь плода и вызвать там массовое разложение сахара с образованием спирта и углекислого газа.

Образовавшийся спирт подхватывается сопровождающими дрожжи бактериями уксуснокислого брожения, которые превращают спирт в уксусную кислоту, то есть частично сжигая его.

Те же самые бактерии при недостатке спирта действуют дальше и сжигают уксусную кислоту до углекислого газа и воды, но чаще это довершение минерализации сахара производят другие бактерии, не представляющие собой таких узких специалистов как возбудители разных брожений и обеспечивающие себе существование своей неприхотливостью и способностью при дыхании сжигать самое плохое топливо. Совокупность всех только что описанных работ микробов превращает сахар в минеральные продукты — углекислый газ и воду.

Другой путь минерализации безазотистого вещества, имеющий колоссальное распространение в природе, ведет через маслянокислое брожение. Бактерии, производящие это брожение, принадлежат к различным видам.

Важно

Поэтому то при брожении виноградного сока можно не прибавлять искусственно дрожжей.

В недрах сырой земли, на дне болот, в топях ила, всюду, куда не проникает живительный луч солнца, где царит мрак и смрад, неустанно работает могучий маслянокислый микроб и количество разложенного им материала значительно превышает те массы растительного происхождения, которые перерабатывает человек в своей технике.

Если в искусственной культуре дать микробу хорошо подходящие ему условия, то из сосуда будет течь непрерывная струя газа, результат великолепной химической работы бактерии. Газ состоит из углекислоты и горючего водорода. В несколько минут мы можем набрать полный большой баллон этих газов и в природе такой процесс идет в необъятных размерах, не останавливаясь ни днем, ни ночью.

Изумительные работники не знают ни минуты отдыха. Как жалка по своим размерам вся фабрично-заводская техника человечества по сравнению с гигантским размахом химического производства, идущего в природе при содействии различных микробов брожений. II с какой легкостью работают микроорганизмы спиртового и маслянокислого брожений.

Как будто ничего не может быть проще превращения сахара и других безазотистых соединений в различные газы и кислоты, или спирты. А между тем, мы, люди, несмотря на все старания, пока еще не в состоянии произвести этих явлений в наших богато обставленных химических лабораториях, хотя бы в малом размере. Мы можем только изумляться…и учиться у бесконечно малых существ.

Мы не будем рассматривать здесь всех брожений, число которых весьма велико, мы только познакомимся с парой примеров разрушения крайне прочных веществ, прежде всего с брожением клетчатки. Клетчатка представляет собой вещество, из которого построен остов, скелет растений.

Она составляет главную массу тела крупных растений, особенно деревьев и, несомненно, по своей массе стоит на первом месте среди всех горючих органических веществ на земле. В химическом отношении клетчатка замечательна тем, что без нагревания почти не поддается действию самых едких жидкостей и почти ни в чем не растворяется.

Даже крепкие кислоты и щелочи не растворяют клетчатки при обыкновенной температуре. Очищенная вата, лучшие сорта пропускной (фильтровальной) бумаги представляют собой почти химически-чистую клетчатку. Бумага непрочна и легко разрывается только потому, что представляет собой войлок тончайших нитей.

Совет

Если, однако, спаять все эти нити в одну сплошную массу, то получается весьма прочный материал; в Америке такую клетчатку применяют для выделки вагонных шин и других предметов, требующих большой прочности. Древесина представляет собой слегка измененную клетчатку, пропитанную некоторыми веществами, придающими ей большую хрупкость, меньшую гибкость и прочность, но за то также способность всасывать в себя больше воды.

После смерти растения белковые и другие питательные вещества, из которых состоит их живое тело, быстро уничтожаются различными микроорганизмами, а остов, состоящий из клетчатки, остается в течение долгого времени нетронутым, так как вследствие своей прочности легко противостоит натиску мелких живых существ.

Всякий, кому приходилось гулять по буковому или дубовому лесу, не мог не обратить внимания на толстый упругий ковер сухих листьев, в которых тонет нога и который накапливается в течение нескольких лет. Это все остовы листьев, состоящие из клетчатки. Однако, с течением времени и клетчатка исчезает, разрушается и переходит в простейшие минеральные соединения.

Солома в навозе, также состоящая из клетчатки, при благоприятных условиях также истлевает и уничтожается каким-то способом, который долгое время оставался таинственным. В настоящее время мы знаем, что существуют некоторые бактерии, способные производить брожение клетчатки.

Их обнаружить можно так: приготовив раствор необходимых для микробов минеральных солей, прибавляют к нему в качестве питательного материала только нарезанную полосками фильтровальную бумагу и заражают такую жидкость крошечным кусочком навоза. В навозе имеется огромное разнообразие микробов, но почти ни один из них не развивается из-за недостатка пищи.

Кормиться одной только бумагой не под силу даже неприхотливым бактериям. Прекрасно чувствуют себя лишь специалисты по сбраживанию клетчатки; они разъедают бумагу и производят брожение, с выделением газов, от которых бумага всплывает на поверхность, увлекаемая током пузырьков.

Этот процесс имеет, конечно, колоссальное значение в круговороте веществ: благодаря ему органическое вещество, находившееся в огромном количестве в форме, недоступной для обыкновенных живых существ, минерализируется и снова становится им доступно.

Какова же должна быть мощность тех химических средств, которыми располагают удивительные микробы, так легко и бурно разлагающие такой прочный материал! Еще один случай, наводящий химика на глубокие размышления о том, как бы выведать у бесконечно малых их секрет и применить его в широких размерах на пользу науки и техники.

Обратите внимание

Существуют в природе и другие способы массовой переработки клетчатки, а также иных близких к ней веществ. При этом происходит как бы медленное тление, сопровождаемое обугливанием.

Так накопились огромные массы торфа и каменного угля, фундамент современной техники. Когда эти залежи будут истреблены, промышленность должна будет либо сойти на нет, либо обратиться за помощью к науке, в поисках нового источника энергии.

И, по всем видимостям, такой момент должен в конце концов наступить.

Само собой разумеется, что работа всех описанных микроорганизмов, вызывающих брожения, полезна человеку только по случайному совпадению. По существу бактерии направляют свою деятельность на разложение веществ сложного состава, из которых образуются более простые. Это и составляет общий принцип, их деятельности.

В некоторых отдельных случаях такое разложение вещества может быть, наоборот, вредно для человека потому, что оно разрушает продукты его техники. Так, например, уксуснокислое брожение может причинить большие убытки, если оно разовьется само собой в ценных напитках, содержащих спирт.

Маслянокислое брожение, столь необходимое в природе, весьма нежелательно в том случае, если оно разойдется в пищевых продуктах.

Всегда вредна и нежелательна для человека деятельность некоторых грибков, разрушающих древесину. Из них особой известностью пользуется один вид так называемого домового гриба.

Он превращает постройки, особенно сооруженные из сырого дерева, в мягкую труху; это явление сопряжено с растворением клетчатки, которое гриб производит, повидимому, с большой легкостью, так же, как бактерии, с которыми мы только что познакомились, но никакого брожения клетчатки с выделением газов домовый гриб, повидимому, не вызывает. Вследствие тайной работы этого неустанного вредителя, разрушено много деревянных домов и других построек.

Брожение селитры представляет собой очень нежелательное и невыгодное для земледельца явление. Азот в почве часто находится в недостаточном количестве, а потому земледельцу приходится дорожить им больше, чем всеми другими питательными элементами в земле; урожай главным образом зависит от азотного питания растений.

Из всех форм, в которых может оказаться азот в почве, наиболее пригодна для растений селитра; не даром ее привозят в огромных количествах из Южной Америки и употребляют в качестве удобрения. Целый ряд бактерий разлагает в почве селитру, пользуясь этим процессом для добывания жизненной энергии.

Важно

При бактериальном брожении селитры весь азот улетает в воздух и становится недоступным для растении.

Таким образом, коварный микроб не только лишает азотного питания другие более высоко организованные растения, но при этом и сам то азотом селитры не пользуется, а только уменьшает и без того небольшие запасы полезного азота в почве.

Все микроорганизмы, вызывающие брожения, почти никогда не производят полной минерализации органического вещества. Они ограничиваются тем, что более сложно составленные соединения разлагают на более простые.

Но целая армия других микробов сразу же нападает на продукты брожения и довершает превращение их в простейшие, так называемые минеральные вещества, уже не способные дальше разлагаться с выделением тепла.

Все эти организмы, сопровождающие бродильных микробов на подобие того, как шакалы следуют за львом, чтобы доедать остатки его трапезы, чаще всего бывают неприхотливы и неразборчивы в выборе питания.

Они не производят строго-специализированных брожений, но они сжигают при своем дыхании разнообразные вещества, на которые среди более разборчивых организмов нашлось бы мало охотников. В общей работе минерализации сложных веществ они играют не показную роль, но они совершенно необходимы для завершения этого важного процесса.

Однако и среди таких микробов, которые производят не брожения, а сжигания простых соединений, встречаются некоторые узкие специалисты, работа которых незаменима и бросается в глаза своей оригинальностью.

Чудеса, открытые микробиологией, были бы недостаточно описаны, если бы мы не обратили наше внимание на подобного рода работников, которым мы в первую голову обязаны обеспечением постоянства жизни на земле.

Совет

С тех пор, как великий французский химик Лавуазье открыл закон вечности материи, мы знаем, что количество каждого основного простейшего вещества на нашей планете неизменно и определенно.

Поэтому, если такое вещество необходимо для построения тела животных и растений, оно неизбежно должно после смерти этих живых существ переходить в такую форму, в которой может быть снова использовано растениями в качестве питательного материала.

От растений оно с пищей будет передано животным, после смерти как тех, так и других организмов снова попадет в почву и будет непрерывно совершать все тот же круговорот.

Таким образом, ограниченное, строго определенное количество одного физиологически-важного элемента, благодаря круговороту, может поддерживать жизнь животных и растений в течение бесконечно долгого времени, на подобие того, как ограниченное количество денежных знаков при непрерывном круговороте их из казны в частные руки и обратно, может в течение неопределенно долгого времени поддерживать товарообмен в государстве.

Источник: http://www.activestudy.info/gnilostnye-bakterii/

1.3.2. Нарушения в циклах круговорота углерода, азота и серы

1.3.2. Нарушения в циклах круговорота углерода, азота и серы — элементов, определяющих коррозионные повреждения материала памятников на урбанизированных территориях

На урбанизированных территориях строителями формируются природнотехногенные системы (ПТС).

Устойчивость этих систем зависит от антропогенного фактора, нарушения баланса экологических компонентов, круговорота, прежде всего, веществ, необходимых для существования биогенов, минерализации вод и т.д.

Процесс формирования ПТС, если он не откорректирован с учетом экологических компонентов (другими словами, с учетом законов развития экосистемы), как правило, приводит к нарушению естественных взаимодействий в природной системе.

Известно, что бактерии и другие микроорганизмы принимают активное участие в круговороте веществ, обеспечивая саморегуляцию, самовоспроизводство экосистем и переработку загрязнителей. При загрязнении окружающей среды их деятельность активизируется. Круговороты веществ в природе являются необходимым условием сохранения стабильности экосистем.

В природно-техногенных системах нарушение норм природопользования приводит к нарушению в циклах основных элементов — кислорода, углерода, азота, фосфора и др.

Такая ситуация особо остро сказывается на повреждениях памятников за счет заселения строительных материалов различными микроорганизмами, активно участвующими в круговоротах и обеспечивающими процессы минерализации, метаморфизации, получение биогенов и др. веществ в материалах памятника. Однако рассмотрение активизации биокоррозионных процессов в памятниках' в рамках корреляционных зависимостей, условий эксплуатации памятника, состава и структуры строительных материалов учеными нашей страны редко связывается с круговоротами веществ в природе, и непосредственная взаимосвязь проблемы загрязнения окружающей среды и биологической коррозии строительных материалов ими практически не учитывается.

Для анализа причинно-следственных связей в системе «ПТС—памятник архитектуры (материал памятника)» рассмотрим в качестве моделей аналитические схемы круговоротов: углерода (С), азота (N) и серы (S) — элементов, которые могут повлиять на ход физико-химических повреждений материала в условиях агрессивной (загрязненной) городской среды.

Обратите внимание

Аналитические схемы круговоротов этих элементов в экосистемах с ненарушенным балансом экологических компонентов для каждого из перечисленных элементов — С, N, S — представлены на рис. 1.10, 1.11 и 1.12.

Из рис. 1.10. видно, что в основе биогенного круговорота углерода лежит карбонатное равновесие системы «камень (минеральное вещество)—газ—вода—микроорганизмы (живое вещество)».

Рис. 1.10. Схема круговорота углерода и возможные проблемы при нарушении экологического равновесия в ПТС

В процессе фотосинтеза происходит переход диоксида углерода в органические соединения. В сложных биологических системах возможно последовательное преобразование углерода в высокомолекулярные органические соединения. Далее в результате окисления, в частности при дыхании, вновь образуется диоксид углерода.

К образованию СО2 приводит и биологическое разложение отмерших организмов. При образовании гумуса роль бактерий и грибов заключается в минерализации веществ. Консервация углерода происходит в результате его связывания в кальцит.

Следует отметить, что в восстановительной среде (анаэробной зоне) при повышенной кислотности почв углерод постепенно накапливается в виде торфа, угля и нефти.

В городской системе с нарушенным экологическим равновесием происходит нарушение карбонатного равновесия и наблюдается биохимическое выветривание карбонатсодержащих материалов памятника, приводящее к значительному их повреждению, несоизмеримому по интенсивности и степени повреждения, которые наблюдаются при заселении этих материалов лишайниками. Карбонатное равновесие в углеродном цикле нарушается в присутствии кислотных веществ загрязнителей и, в первую очередь, оксидов серы за счет кислотных дождей, закисления почв и работы сульфобактерий, продуктом метаболизма которых является серная кислота.

Рис. 1.11. Схема круговорота азота и возможные проблемы при нарушении экологического равновесия в ПТС

В свою очередь, параллельно происходит нарушение равновесий и в циклах серы и азота, что ускоряет процесс деструкции камня, кладочного и шовного растворов, реставрационных составов и т.д.

Из схемы на рис. 1.11. видно, что развитию нитрифицирующих бактерий способствует повышенная концентрация такого загрязняющего вещества как аммиак. Восстановленные соединения азота могут образовываться различными способами: в результате химических реакций в атмосфере или при сапрофитном разложении гетеротрофными бактериями органического материала, содержащего азот.

При этом образуются соли аммония. Нитрифицирующие микроорганизмы используют азотсодержащие загрязнители в качестве источника энергии. При этом в первой фазе нитрификации бактерии окисляют аммоний до нитрита а во второй — нитрита до нитрата. Кроме того, образование таких соединений происходит при увеличении числа азотфиксирующих бактерий.

Важно

Характерным признаком нарушенности экологического равновесия цикла круговорота азота в городской системе является повсеместное «позеленение» стволов деревьев, появление серого налета на фасадах зданий — особенно на белом камне. Нарушение азотфиксации, исчезновение лишайников — характерные признаки патогенного механизма работы микроорганизмов в цикле.

Наиболее опасным для памятников является агрессивное воздействие нитрифицирующих бактерий, продуктом метаболизма которых является азотная кислота. Опасным может быть (при нарушении азотфиксации) и эффект, приводящий к активизации деятельности аммонификаторов, перерабатывающих органические соединения, использованных при реставрации.

При их работе происходит выделение органических кислот, которые разрушают минеральные компоненты материала.

Прямую химическую опасность для минеральных материалов представляют оксиды серы и их соединения, так как в их присутствии карбонатсодержащие материалы вовлекаются в её круговорот и за счет сульфатизации происходит изменение механизма коррозионного повреждения памятника. Схема круговорота серы представлена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Схема круговорота серы и возможные проблемы при нарушении экологического равновесия в ПТС

Из приведенной схемы видно, что образующийся в результате деятельности промышленных предприятий сероводород вместе с элементарной серой с помощью серобактерий окисляется до серной кислоты. Происходит сернокислое выветривание карбонатной фазы в грунтах, в строительных материалах за счет замещения карбонатных пород на сульфаты кальция или, в присутствии ионов Na+, на сульфат натрия.

Это приводит к ускорению процесса выветривания каменных материалов из-за их лучшей растворимости. Серная кислота является сильным окислителем и вызывает разложение органических веществ. С другой стороны, развитию восстанавливающих серу микроорганизмов (тионовых бактерий) способствуют поступающие со сточными водами органические соединения.

К числу сульфатредуцирующих бактерий относятся анаэробные бактерии Desulfovibrio desulfuricans . Возможна диффузия восстановленных соединений серы в стенах строительных объектов за счет капиллярного процесса в пористых материалах вместе с влагой, содержащейся в почве.

Кроме того, необходимо учитывать происходящие в строительных материалах объекта процессы бактериального разложения органических серосодержащих соединений, которые на современном этапе развития городской системы практически всегда присутствуют в пыли, саже, органических загрязнителях.

В результате этих процессов образуются восстановленные соединения серы, которые, в свою очередь, могут использоваться в качестве источника энергии сероокисляющими бактериями. В этом случае можно констатировать локальный круговорот серы даже в материале отдельного объекта.

Совет

Анализ схем круговоротов веществ позволяет сделать вывод о заселении хемотрофными микроорганизмами прежде всего материалов, содержащих карбонаты, каковыми в памятниках являются белый и искусственный камень, раствор кирпичной кладки, штукатурные растворы и т.п. Это приводит к их деструкции. Основную роль в разрушении играет структурное химическое преобразование под воздействием продуктов метаболизма.

Один из вариантов механизма биоповреждения содержащих кальций материалов по систематизации английских специалистов Е. Mayи FJ . Lewisпредставлен на схеме (рис. 1.13.).

Рис. 1.13. Схема механизма биохимической коррозии карбонатной составляющей в материале
 

Из приведенной схемы видно, что при воздействии на минералы материала продуктов метаболизма серобактерий, нитрофицирующих бактерий и грибов имеет место биохимическая коррозия.

Поселяясь на поверхностях различных материалов, в том числе и строительных, они зачастую образуют устойчивые микробиотические сообщества.

Устойчивость этих сообществ определяется, в соответствий с законами экологии, как многообразием присутствующих в них видов микроорганизмов, так и загрязнением окружающей среды вредными веществами — прежде всего соединениями С, N, S и др.

Следует отметить, что хотя перечисленные при анализе круговоротов элементов бактерии участвуют и часто ускоряют коррозионные процессы, специалисты не связывают их напрямую с биологическими факторами. При обычных обследованиях бактерии невозможно фиксировать.

При натурных исследованиях поврежденных поверхностей различных материалов только с помощью сканирующих электронных микроскопов можно обнаружить все микробиотическое сообщество, принимающее участие в разрушении материала.

Причины начала и ускорения коррозии могут быть при этом различны: аккумуляция солей, локальные изменения величины рН, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов (в т.ч. комплексные соединения, внеклеточные энзимы и т.д.).

Обратите внимание

Методические основы для учета этих факторов при анализе коррозионных процессов в материалах только начинают разрабатываться.

Для прогнозирования и комплексного учета влияния микробиотических сообществ на кинетику разрушения строительных конструкций следует учитывать ряд потенциальных причин, связанных со спецификой жизнедеятельности микроорганизмов в различных средах. Динамика же разрушения, в зависимости от изменения абиотических условий окружающей среды, будет зависеть еще и от вида бактерий, грибов и продуктов их метаболизма.

Все виды микроорганизмов, наиболее часто участвующих в процессах коррозии строительных материалов, специалисты разделяют на три основные группы.

• К первой группе относят зеленые водоросли, цианобактерии. Энергию и углерод для построения собственного организма, подобно растению, они получают при фотосинтезе с участием солнечной энергии и оксида углерода воздуха.

• Ко второй группе относят многие виды бактерий и грибы, которые являются минерализаторами органического материала.

• Третья группа включает специальные анаэробные группы бактерий, то есть те, которые действуют при отсутствии кислорода воздуха. К ним относятся бактерии, восстанавливающие нитраты и сульфаты.

При обследовании биоповреждений материалов необходима идентификация этих групп микроорганизмов и изучение механизма их воздействия на памятники.

Микробиотическое заселение может происходить при определенных специфических условиях: наличие в строительном материале неорганических и органических веществ, питательной среды, уровень рН, окислительно-восстановительный потенциал среды, влажность и температура.

Причинами заселения строительных материалов микроорганизмами является возможность удовлетворения их пищевых и энергетических потребностей. Характер заселения определяется, в значительной степени, как условиями окружающей среды (абиотическими факторами — влажностью, температурой и т.д.

), так и химическим составом материала (субстрата).

Наряду с питательной средой и источниками энергии большинству микроорганизмов необходима высокая влажность. Некоторые микроорганизмы могут значительное время обходиться и без влаги и даже сами производить воду, но для роста колонии этого обычно бывает недостаточно.

В экосистеме с ненарушенным равновесием заселение материала памятника происходит фототрофными микроорганизмами, к которым относятся водоросли, синие водоросли (цианобактерии), мхи и лишайники. Воздействие колоний этих микроорганизмов на строительный материал оценивается различными специалистами неоднозначно.

Некоторые из них придерживаются мнения, что повреждающее влияние на конструкцию при ее зарастании водорослями связано с постоянной повышенной влажностью.

Важно

Другие специалисты считают, что наличие фототрофных микроорганизмов не способствует заметному выветриванию породы, а водоросли и лишайники даже затрудняют заселение материала опасными бактериями и грибами.

Таким образом, заселение материалов различными микроорганизмами обуславливается, прежде всего, экологическими факторами окружающей среды. При этом микроорганизмы образуют собственный, достаточно устойчивый микоценоз.

Многие из подобных микоценозов оказывают на материал сложное комплексное воздействие.

Оно может явиться основной причиной коррозии материалов или способствовать ускорению коррозионных процессов, причиной которых являются значительные нарушения в экосистеме вблизи памятника.

Основные факторы окружающей среды и зависимость от них тех или иных обуславливающих коррозию материала микроорганизмов приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4.
Необходимые факторы развития микроорганизмов в материале памятника

Факторы

Микроорганизмы

водоросли, лишайники (фототрофные организмы)

грибы, некоторые бактерии (органитрофные организмы)

окислители серы (литотрофные бактерии)

восстановители сульфата и нитрата (анаэробные бактерии)

вода

+

+

+

+

свет

+

воздух

+

+

+

органические вещества (источники углерода)

+

+

Примечание: + означает, что наличие данного условия является необходимым.

Присутствие всех перечисленных условий является возможной причиной заселения памятника соответствующей группой микроорганизмов. Кроме того, необходимо учитывать экологические эффекты примененных средств борьбы с уже имеющимся заражением материала.

Поэтому с позиций экологии желательны оценка устойчивости самих материалов для строительства к биологическим воздействиям и оценка возможных воздействий на окружающую среду средств борьбы с биокоррозией.

Необходимо учитывать взаимосвязь процессов жизнедеятельности микробиоты и возможных их воздействий на материалы, которые могут быть или питательным субстратом, или источником энергии, или и тем, и другим одновременно.

Обобщая вышерассмотренные биохимические процессы взаимодействия материалов памятника и окружающей среды можно достаточно точно констатировать, что для территорий с нарушенным экологическим равновесием, характерным для городов с населением более 1 млн чел., процесс повреждения памятников связан с биотическими факторами и ими контролируется.

Совет

Экологические предпосылки микробиотического заселения строительных материалов представляют определенный интерес не только с точки зрения характеристик окружающей среды, но и с позиции оценки самих материалов.

В связи с этим актуальной задачей является анализ характерных биоповреждений строительных материалов и конструкций, определение условий роста микроорганизмов, разработка эффективных способов борьбы с биокоррозионными процессами и системы предупреждающих мероприятий.

Профилактика микробиотического загрязнения памятников архитектуры может заключаться в управлении и корректировке тех или иных условий жизнедеятельности микроорганизмов.

Источник: http://art-con.ru/node/2697

Ссылка на основную публикацию