1.5 Цикличность биогеохимических процессов

С самого начала изучения взаимодействия живых организмов с окружающей средой было обнаружено, что процессы биогенного массообмена имеют циклический характер. Исследования последних десятилетий показали, что жизненные циклы отдельных организмов и их групп сочетаются с циклическими процессами, обусловленными геофизическими и космическими причинами: вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, перемещением Солнечной системы в Галактике и др.

Слайд №7. Циклы массообмена различной протяженности в пространстве неодинаковой длительности во времени образуют динамическую систему биосферы.

В. И. Вернадский считал, что история большинства химических элементов, образующих 99,7% массы биосферы, может быть установлена лишь с учетом круговых миграций. Он специально отметил, что «эти циклы обратимы лишь в главной части атомов, часть элементов неизбежно и постоянно выходит из круговорота. Этот выход закономерен, т.е. круговой процесс не является вполне обратимым».

Неполная обратимость мигрирующих масс и несбалансированность миграционных циклов допускают определенные пределы колебания концентрации мигрирующего элемента, но в то же время обеспечивают вывод избыточного количества элемента из данного цикла.

2. Микроорганизмы как агенты, вызывающие геохимические изменения

2.1 Исторические аспекты

В конце прошлого века интерес микробиологов был сосредоточен в основном на роли, микроорганизмов как возбудителей инфекционных болезней. Но некоторые ученые продолжали развивать исследования, начатые Пастером, по изучению процессов брожения. Эти исследования ясно показали, что микроорганизмы могут служить специфическим агентами, вызывающими химические превращения в очень больших масштабах, и что мир микробов участвует во многих геохимических процессах.

Слайд №8. Установление важной роли микроорганизмов в биологи­ческих круговоротах веществ на Земле — круговороте углерода, азота и серы — это результат работы двух исследователей: С.Виноградского и М.Бейеринка. В отличие от животных и растений микроорганизмы чрезвычайно разнообразны по своей физиологии. Многие их группы специализированы и способны осуществлять химические превращения, совершенно недоступные «ни растениям, ни животным; тем самым они играют крайне важную роль в круговороте веществ на Земле».

Примером такой физиологической специализации микробов могут служить открытые Виноградским автотрофные бактерии. Эти бактерии могут расти в минеральных средах, получая необходимую для роста энергию путем окисления восстановленных неорганических соединений и используя в качестве источника углерода углекислоту. Виноградский обнаружил, что есть несколько различных групп автотрофных бактерий, каждая из которых способна использовать какие-то определенные минеральные вещества в качестве источника энергии; так, например, серные бактерии могут окислять неорганические соединения серы, а нитрифицирую­щие бактерии — неорганические соединения азота.

Другое открытие, сделанное Виноградским и Бейеринком, касается роли микробов в фиксации атмосферного азота, который большинство живых организмов (растения и животные) в качестве источника азота использовать не могут. Эти исследователи показали, что определенные бактерии, из которых одни — симбионты высших растений, а другие — свободноживущие формы, могут использовать газообразный азот для синтеза своих клеточных компонентов. Эти микроорганизмы пополняют запасы связанного азота, в котором нуждаются все другие формы жизни.