Вирусы — форма перехода от просто химии к живому на Земле.

Вирусы представляют собой белковую капсулу, начиненную молекулами ДНК или РНК. Размеры вируса от 20 до 400 нанометров. Вирио́н — тело вируса, часто имеет геометрическую форму.

Вирусы нельзя увидеть в оптический микроскоп, так как их размеры меньше длины световой волны. Разглядеть их можно лишь с помощью электронного микроскопа.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на несколько групп:

    Самые «обычные» для окружающей природы мезофилы растут при умеренных температурах. У многих из них температурный оптимум близок к температуре тела теплокровных животных (30-37⁰C) или несколько ниже (20-25 ⁰C). Максимальная температура роста свободноживущих мезофилов близка к максимальному нагреву почвы (45-50 ⁰C).

    Психрофилъные — холодолюбивые — микроорганизмы растут при температурах ниже 20°С (оптимум ниже 15°С), вплоть до отрицательных значений температур. Как правило, психрофилы существуют в постоянно холодных условиях и чувствительны даже к небольшому повышению температуры. Одна из причин психрофилии — тепловая денатурация белков при умеренной температуре.

    Психроактивные (психротрофные) микроорганизмы, также растущие при О°С, в отличие от психрофилов имеют более высокие оптимальную (25 — 30°С) и максимальную (примерно 35 °С) температуры роста. Они приспособлены к сезонным изменениям климата и имеют селективные преимущества перед стенотермными видами, поскольку активны и в теплое, и в холодное время года. Многие из них — типичные обитатели холодильников. Приспособление к пониженной температуре проявляется в изменении состава мембран (в ней повышается содержание ненасыщенных жирных кислот) и синтезе криопротекторов (например, глицерола). Другой механизм связан с накоплением в клетках больших количеств наиболее важных ферментов, так что даже при неоптимальной температуре их функционирование позволяет клетке поддерживать достаточную активность.

В зоне холодного и умеренного климата, характерного для нашей страны, значение психрофильных и психротрофных микроорганизмов в природных процессах очень велико.

К термофилам относят микроорганизмы, имеющие оптимум развития при температуре выше 50 °С. В зависимости от кардинальных температур их подразделяют на ряд групп: термотолерантные (максимум 45 — 50°С), факультативные, облигатные, а также экстремальные термофилы и гипертермофилы (оптимум 80 — 105^оC, максимум 110°С и выше). Эта классификация в значительной мере условна, однако позволяет выделить достаточно четкие экофизиологические группы. Многие термофилы встречаются практически повсеместно (в почве, пищеварительном тракте человека и животных, на растениях и пищевых продуктах), другие приурочены к местам с высокой температурой (горячим источникам, саморазогревающимся скоплениям торфа или угля).

Нейтрофилы развиваются при значении рН, близком к нейтральному (рН 6 — 8); многие виды растут или выдерживают более низкие или высокие значения рН, соответственно их относят к ацидотолерантным или алкалотолерантным. Большинство природных местообитаний (пресноводные озера и реки, многие почвы, внутренняя среда растительных и животных организмов) имеют близкую к нейтральной реакцию среды; слабощелочной является и морская вода.

К ацидофилам относят организмы, растущие в кислой среде (рН < 6). Среди них выделяют облигатные и факультативные (ацидотолерантные), способные расти и в нейтральных условиях. Примером ацидофилов служат молочнокислые, уксуснокислые бактерии, многие грибы.

Среди алкалифилов, предпочитающих значения рН 8,5 и выше, например среди уробактерий и многих цианобактерий, также выделяют факультативные (способные расти в нейтральной среде) и облигатные виды. Независимо от рН окружающей среды внутриклеточное значение рН поддерживается близким к нейтральному (6 — 8) даже у алкали- и ацидофилов.

По отношению к солености микроорганизмы подразделяют на ряд групп.

Пресноводные (негалофильные) организмы, в том числе обитатели ультрапресных вод, развиваются в среде с содержанием солей < 0,01 % и обычно чувствительны к 3 %-й концентрации NaCl.

Галотолерантные организмы выдерживают более высокие концентрации и часто обитают в местах с меняющейся соленостью, например в почве.

Для морских бактерий оптимум солености составляет около 3,5 %. Как правило, они растут в узком диапазоне концентраций соли: 2,5 — 5,0% NaCl. Типичными морскими бактериями являются Alteromonas, Vibrio, Photobacterium.

Умеренные галофилы растут в диапазоне солености примерно 5-15%.

Экстремальные галофилы развиваются при концентрации NaCl от 12-15% вплоть до насыщенных растворов соли.

К осморегуляторным веществам относятся следующие классы соединений: 1) сахара и сахароспирты, прежде всего сахароза и трегалоза, и полиолы глицерин и арабит, а также гетерозиды (гликозилглицерол); 2) глицинбетаин; 3) тетрагидропиримидины (эктоин); 4) a-аминокислоты (пролин, глутамин); 5) N-ацетилированные диаминокислоты (N-d-ацетилорнитин) и карбоксамиды глутамина; 6) метилированные серные соединения, как диметилсульфониопропионат.

По отношению к кислороду микроорганизмы делятся на аэробные, использующие O₂ как акцептор электронов при дыхании, и анаэробные, не нуждающиеся в O₂. .

Трофическая система органотрофов определяется в первую очередь правилом Виноградского: для каждого природного вещества есть микроорганизмы, способные его разложить.

Экологические ниши

У каждого микроорганизма имеется определенное местообитание — участок пространства, где он живет, размножается, где его можно обнаружить. Понятие экологическая ниша подразумевает совокупность условий, в которых возможно существование вида.

Внутри каждой ниши (прямоугольника на наших схемах) действует правило: только один вид может доминировать в данных условиях.

Связи между нишами могут быть трофическими (функциональными) и топическими (по характеру местообитания).

Экологическая ниша находится под воздействием внешних факторов, к которым относится, например, смена дня и ночи с разным поступлением кислорода и среднесрочных внешних факторов - смены сезонов и погоды с колебаниями осадков и температуры, стрессовых штормовых явлений.

Экологическая ниша приурочена к определенным ландшафтным условиям, например гидротермам, гиперсоленым лагунам, щелочным озерам, не говоря об очень специализированных местах обитания вроде областей окисления сульфидных руд.

Онцентрация растворенных органических веществ в воде очень невелика и, за исключением евтрофных водоемов, не превышает нескольких мг/л. Поэтому организмы бактериопланктона в значительной части представлены олиготрофами

К олиготрофам не следует относить организмы, развивающиеся на взвешенных частицах органического вещества.

Водотоки рассматриваются как основной источник чистой воды. По течению воды можно различать зоны самоочищения. Эти зоны были исследованы для альпийских ручьев и речек и получили название зон сапробности.

. При обсуждении формирования вод следует учитывать ряд аспектов.

1.  Водосборную площадь.

2.  Первичные водотоки - малые реки. Именно к ним относятся уровни сапробности.

3. Микробное сообщество

4. Крупные реки

Подземные воды представляют важнейший ресурс и являются объектом гидрогеологии. Общее мнение склоняется сейчас к тому, что подземная гидросфера населена микроорганизмами, по меньшей мере, на глубину нескольких километров, но в ней главную роль играют гидрогенотрофы, связанные с эндогенными источниками химических веществ.

Вместе с тем в подземных водах, как и в океане, распространены формы "ультрамикробов" размером около 0,3 мкм, возникающие в результате голодания и находящиеся в анабиотическом состоянии

Биогеохимические циклы С, N, Р в океане обусловлены энергией Солнца, поступающей на поверхность океана, где может развиваться фитопланктон. Фотическая зона простирается менее, чем 1 200 м.

Фитопланктон и первичная продукция

Начало углеродного цикла в открытом океане определяется развитием фитопланктона. Океан весьма неоднороден, и в нем имеются области высокой продуктивности в прибрежных зонах и в зонах апвеллинга и очень низкой продуктивности "голубого", или олиготрофного, океана.

Продукция (первичная продукция) - количество органического вещества в граммах, создаваемого организмами в единице объема воды (или под единицей площади акватории) за единицу времени.

Нитрификация.

Бактерий нитрификаторов можно назвать одними из самых удивительных живых существ на Земле. Для жизни им необходимы только минеральные вещества. Такие формы жизни биологи называют хемоавтотрофными, они встречаются только у некоторых бактерий, в нашем случае – нитрификаторов. все бактерии нитрификаторы выведены в одно лишь семейство Nitrobacteraceae, насчитывающее всего 8 родов. Их можно разделить на две группы: группа родов представители которой окисляют аммиак до нитритов (первая фаза нитрификации) и группа родов, представители которой окисляют нитриты до нитратов (вторая фаза нитрификации).

Деструкция

Растворенное и взвешенное органическое вещество

Система планктона океана находится под контролем физических факторов, из которых на первом месте стоит освещенность и суточные ритмы с вертикальным движением планктона. Следующие ритмы задает сезонность. Пики весеннего развития фитопланктона и зоопланктона несколько разнесены по времени, и зоопланктон иногда запаздывает. Тогда обычная для моря цепь продуцент-консумент-редуцент меняется на цепь продуцент-редуцент с разложением органического вещества в донных осадках.

Деструкцию определяют на основании отношения продукции бактериопланктона к дыханию, которое представляет коэффициент К₂ - эффективность использования энергии, составляющую в природных условиях 0,25-0,35 со средним значением 0,32.

Другая оценка получается из общего дыхания микропланктона, составляющего 0,9-0,95 от разложения органического вещества.

Деструкция в планктоне

Подвижный зоопланктон поедает ВОВ, в том числе бактериопланктон, и превращает его в фекальные пеллеты, обогащенные бактериями. Пеллеты могут служить пищевым субстратом для следующего ряда фильтраторов, в том числе подвижно мигрирующих в вертикальном направлении. Зоопланктон переваривает водоросли и выбрасывает избыточный азот в виде мочевины или аммония, которые служат субстратом нитрификаторов. В состав зоопланктона входят крупные формы, как копеподы, поедающие диатомовые водоросли и фитофлагеллят, а также микрозоопланктон. Зоопланктон зависит в своем развитии от фито- и бактериопланктона и располагается над термоклином в фотической зоне.

Наннозоопланктон с размерами 2-20 мкм представлен протистами, преимущественно нанногетеротрофами, инфузориями, личинками многоклеточных. Нанногетеротрофы составляют 90% биомассы этой размерной категории и представлены фаготрофными жгутиковыми: Bodonidae, Protomonadinae, Choanoflagellida.

Микрозоопланктон относится к размерной категории 20-200 мкм. Наиболее характерны для морского микрозоопланктона радиолярии, фораминиферы, тинтинниды, личинки многоклеточных. Радиолярии и фораминиферы играют значительную роль в биогеохимических циклах благодаря образованию скелетов

Микрозоопланктон располагается в нижней части фотической зоны над термоклином. Трофическая структура зоопланктона по потребляемой пище согласуется с классификацией по размерам, хотя некоторые представители протистов способны питаться добычей крупнее себя с помощью ловчего аппарата - щупалец, которыми крупные фораминиферы и радиолярии способны захватывать даже многоклеточную добычу.

По питанию среди органотрофных протистов различают:

1. питающихся бактериями,

2. питающимися водорослями,

3. хищных.

.

Глубоководные микроорганизмы

Глубоководный бактериопланктон находится в условиях постоянно низкой температуры с очень небольшими колебаниями и может состоять из психрофилов с крайне ограниченными возможностями адаптации из-за медленности синтетических процессов.

Донные осадки

Развитие процессов в морских осадках в большой степени зависит от характера этих осадков, распределяющихся по поверхности дна океана закономерным образом:

1. глубоководные красные глины с очень медленной жизнью в них из-за недостатка органического вещества и низкой температуры;

2. карбонатные осадки, образующиеся в теплых морях, обрезанные снизу уровнем лизоклина и обусловленные оседанием "глобигеринового ила";

3. кремнистые осадки в областях повышенной продуктивности с развитием диатомовых;

4. осадки в зоне континентального сноса в окраинных морях.

Биологическая продуктивность – это экологическое и общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в состав экосистемы; в более узком смысле — воспроизведение диких животных и растений, используемых человеком.

Продукцию автотрофных организмов, способных к фото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией, а сами организмы — продуцентами. Основная роль в создании первичной продукции принадлежит зелёным растениям, высшим — на суше, низшим — в водной среде. Продукцию гетеротрофных организмов обычно относят ко вторичной продукции, а сами организмы называют консументами.

Организмы, используемые в качестве объектов промысла, образуют биологические ресурсы водоемов.

Биомасса - общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом, приходящаяся на единицу поверхности или объёма местообитания; один из важнейших экологических терминов. Биомассу чаще всего выражают в массе сырого или сухого вещества (г/м², кг/га, г/м³ и т.д.) или в пропорциональных ей единицах (масса углерода или азота органических веществ тела и др.).

Биомасса растений называется фитомассой, животных — зоомассой.

В водной среде наиболее высока биомасса крупных прикрепленных водорослей и донных животных (бентоса) на литорали и в сублиторали морей. Например, биомасса зарослей морских водорослей достигает нескольких кг/м²,С увеличением глубины биомасса бентоса, как и планктона, быстро снижается.

Биомасса каждой группы организмов, отнесенная к тому или иному моменту времени, называется урожаем. Это очень важный показатель сообщества.

. В океане организмы образуют своеобразные сгущения: прибрежное, коралловые рифы, саргассы, апвеллинги, гидротермы, а планктон и бентос — практически сплошные пленки.

Планктонная пленка — это огород океана, где живут почти все растения и другие фотосинтезирующие организмы водных пространств Земли.

Фитобентос опоясывает всю береговую линию океана. Фитобентос - объект промысла: агар и агароид извлекают из анфельции, багрянок и др., ламинарию (морскую капусту) широко употребляют в пищу, даже разводят на специальных подводных фермах.

Зообентос - это прикрепленные, зарывающиеся или малоподвижные животные. Это моллюски, ракообразные, иглокожие (морские звезды, офиуры, морские ежи), черви, губки и др.

Планктон - совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон - совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на три группы:

1.     Бытовые сточные воды - стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов и т.д. Их количество в среднем составляет 0,5-2 л/с с 1 га жилой застройки.

2.     Атмосферные или ливневые сточные воды. Их сток неравномерен: 1 раз в год - 100-150 л/с с 1 га; 1 раз в 10 лет - 200-300 л/с с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки на промышленных предприятиях. Из-за их неравномерности затруднены их сбор и очистка.

3.     Промышленные сточные воды - жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке сырья.

Основные характеристики сточных вод, влияющих на состояние водоемов:

а) температура, °С;

б) минералогический состав примесей;

в) содержание кислорода, мг/л;

г) кислотность, рН;

д) концентрация вредных примесей, мг/л.

В зависимости от степени загрязнения и предъявляемых санитарных требований сточные воды могут быть спущены в водоем либо сразу, либо после очистки (механической, химической, биологической).

Бытовые сточные воды образуются в результате приготовления пищи, мытья посуды, уборки помещений, функционирования санитарных узлов, прачечных и бань. К неорганическим загрязнениям относят песок, глину, частицы руды, шлак, мел, минеральные соли, масла. Бытовые сточные воды содержат микроорганизмы. Это могут быть бактерии, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, яйца гельминтов, вирусы.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. К ним кроме дождевых относятся воды, образующиеся при таянии снега, полива улиц. Загрязнены эти воды органическими и минеральными веществами, содержащимися в атмосфере и на грунте.

Промышленные сточные воды образуются в результате деятельности производственных предприятий