5. Роль микроорганизмов в геологической истории Земли
5.1 Круговорот веществ на протяжении геологической истории Земли
Реакции, в совокупности составляющие круговорот веществ, приводят к сбалансированному образованию и потреблению биологически важных элементов в биосфере. Вполне вероятно, что круговорот веществ функционировал без существенных изменений по крайней мере в течениие нескольких миллиардов лет. Однако есть достаточные основания полагать, что круговорот веществ в ранний период истории Земли, когда на планете впервые появились биологические системы, значительно отличался от современного (рисунок 1.).
Слайд №27. Как уже говорилось в предыдущих лекциях, химические элементы, являющиеся основными компонентами живых организмов, до возникновения жизни на Земле существовали в восстановленной форме. Молекулярный кислород в атмосфере отсутствовал. Появлению живых систем предшествовал длительный период химического синтеза органических веществ с помощью реакций между восстановленными компонентами атмосферы, катализируемых ультрафиолетовыми лучами и грозовыми разрядами. Продукты этих реакций накапливались в первичном океане и подвергались дальнейшим превращениям.
Образование сложных органических соединений в результате химических взаимодействий привело к возникновению самоудваивающихся систем, и с этого момента началась биологическая эволюция. Первые живые системы обладали слабыми синтетическими способностями и для получения энергии они использовали реакции брожения. По мере их роста и распространения запас органического сырья постепенно истощался, что способствовало появлению организмов, синтетические способности которых становились более совершенными. На относительно ранней стадии этой первичной биохимической эволюции, произошло истощение запаса богатых энергией органических соединений; поэтому, дальнейший ход биологической эволюции зависел от приобретения некоторыми организмами способности использовать солнечный свет в качестве источника энергии. Поэтому одним из наиболее ранних и важных этапов биохимической эволюции было возникновение механизмов осуществления фотосинтеза. Первые фотосинтезирующие организмы были анаэробами, сходными по типу фотосинтетического метаболизма с современными пурпурными и зелеными бактериями.
Ранняя эволюция фотосинтезирующих организмов достигла кульминации с появлением цианобактерий, способных использовать воду в качестве восстановителя при фотосинтетической ассимиляции двуокиси углерода. После этого этапа в атмосфере начал накапливаться продукт окисления воды — молекулярный кислород, создавая условия, необходимые для эволюции организмов, получающих энергию путем аэробного дыхания. Благодаря наличию молекулярного кислорода в биосфере стали преобладать окисленные формы азота и серы (нитрат и сульфат), и, наконец, наступило время для установления такого круговорота веществ, какой существует в настоящее время.
5.2 Микроорганизмы и геологическая история земли
Микроорганизмы сыграли важнейшую роль в построении земной коры. В результате их деятельности произошло частичное разделение химических элементов и соединений, залегавших в коренных породах в виде смесей.
Месторождения многих полезных ископаемых, разрабатываемые в настоящее время, своим возникновением полностью или частично обязаны деятельности микроорганизмов.