Тамактануу түрү боюнча бардык белгилүү тирүү организмдер эки чоң түргө бөлүнөт: гетеро- жана автотрофтуулар. Алардын айырмалоочу өзгөчөлүгү көмүр кычкыл газынан жана башка органикалык эмес заттардан өз алдынча жаңы элементтерди түзүү жөндөмдүүлүгү болуп саналат.
Алардын тиричилик активдүүлүгүн камсыз кылуучу энергия булактары алардын фотоафтотрофторго (булагы жарык) жана хемоавтотрофторго (булагы минералдар) бөлүнүшүн аныктайт. Ал эми химоавтортофиттер менен кычкылданган субстраттын аталышына жараша алар суутек жана нитрификациялоочу бактериялар, ошондой эле күкүрт жана темир бактерияларына бөлүнөт.
Бул макала алардын эң кеңири тараган тобуна – нитрификациялоочу бактерияларга арналат.
Ачылуулар таржымалы
19-кылымдын орто ченинде эле немис окумуштуулары нитрификация процессинин биологиялык экенин далилдешкен. Алар хлороформду саркынды сууга кошкондо аммиактын кычкылдануусу токтой турганын эмпирикалык түрдө көрсөтүшкөн. Бирок эмне үчүн мындай болуп жатканын түшүндүрүш үчүн, алар жокмүмкүн.
Муну бир нече жылдан кийин орус окумуштуусу Виноградский жасаган. Ал нитрификация процессине акырындык менен катышкан бактериялардын эки тобун аныктаган. Ошентип, бир топ аммонийдин азот кислотасына чейин кычкылданышын камсыз кылса, экинчи топ бактериялардын азот кислотасына айланышы үчүн жооптуу болгон. Бул процесске катышкан бардык нитрификациялоочу бактериялар грам-терс.
Кисденүү процессинин өзгөчөлүктөрү
Аммиакты кычкылдандыруу аркылуу нитриттин пайда болуу процесси бир нече этаптан турат, анын жүрүшүндө NH тобундагы кычкылдануунун ар кандай даражадагы азотту камтыган бирикмелер түзүлөт.
Аммиакты кычкылдандыруунун биринчи продуктусу гидроксиламин. Кыязы, ал NH4 тобуна молекулярдык кычкылтектин кошулушунан улам пайда болгон, бирок бул процесс акыры далилдене элек жана талаштуу бойдон калууда.
Кийинки гидроксиламин нитритке айланат. Кыязы, процесс азот кычкылынын бөлүнүп чыгышы менен NOH (гипонитрит) түзүлүшү аркылуу ишке ашат. Бул учурда окумуштуулар нитриттин азайышынан улам азот кычкылынын өндүрүшүн синтездин кошумча продуктусу деп эсептешет.
Денитрификация учурунда химиялык элементтерди өндүрүүдөн тышкары көп сандагы энергия бөлүнүп чыгат. Гетеротрофтуу аэробдук организмдердегидей эле, бул учурда АТФ молекулаларынын синтези редокс процесстери менен байланышкан, анын натыйжасында электрондор кычкылтекке өтөт.
Нитрит кычкылданганда, тескери ташуу процесси маанилүү роль ойнойт.электрондор. Анын электрондорунун чынжырга кириши түздөн-түз цитохромдордо (С-тип жана/же А-тип) ишке ашат жана бул үчүн жетишерлик чоң көлөмдөгү энергия талап кылынат. Натыйжада, химоавтотрофтуу нитрификациялоочу бактериялар көмүр кычкыл газын түзүү жана ассимиляциялоо процесстери үчүн колдонулган керектүү энергия запасы менен толук камсыз кылынат.
Нитрификатор бактериялардын түрлөрү
Нитробактериялардын төрт тукуму нитрификациянын биринчи фазасына катышат:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Баса, сиз сунушталган сүрөттөн нитрификациялоочу бактерияларды көрө аласыз (микроскоптун астындагы сүрөт).
Эксперименталдык түрдө алардын арасында маданияттардын бирин бөлүп көрсөтүү абдан кыйын жана көбүнчө таптакыр мүмкүн эмес, ошондуктан аларды кароо негизинен татаал. Сандалган микроорганизмдердин бардыгынын өлчөмү 2-2,5 микронго чейин жана негизинен сүйрү же тегерек формада (таякча түрүндөгү нитроспирадан башкасы). Алар экилик бөлүнүүгө жана флагелладан улам багытталган кыймылга жөндөмдүү.
Нитрификациянын экинчи фазасы катышат:
- түркү Nitrobacter;
- нитроспин түрү;
- нитрококус.
Nitrbacter түркүмүндөгү бактериялардын эң көп изилденген штамы, анын ачуучусу Виноградскийдин аты менен аталган. Бул нитрификациялоочу бактериялардын алмурут сымал клеткалары бар, бүчүрлөрү көбөйүп, кыймылдуу (желектин эсебинен) кыз клетканы пайда кылышат.
Бактериялардын түзүлүшү
Изилденген нитрификациялоочу бактериялар башка грамм-терс микроорганизмдер менен окшош клеткалык түзүлүшкө ээ. Алардын кээ бирлеринин ички кабыкчалардын жетишээрлик өнүккөн системасы бар, алар клетканын борборунда үймөктү түзүшөт, ал эми башкаларында алар периферияда көбүрөөк жайгашкан же бир нече жалбырактан турган чөйчөк түрүндөгү түзүлүштү түзөт. Белгилүү субстраттарды нитрификаторлор аркылуу кычкылдантуу процессине катышкан ферменттер дал ушул түзүлүштөр менен байланышкан окшойт.
Нитификациялоочу бактериялардын тамак түрү
Нитробактериялар экзогендик органикалык заттарды колдоно албагандыктан милдеттүү автотрофтор болуп саналат. Бирок, нитрификациялоочу бактериялардын кээ бир штаммдарынын кээ бир органикалык кошулмаларды колдонуу жөндөмдүүлүгү эксперименталдык түрдө көрсөтүлгөн.
Төмөн концентрацияда ачыткы автолизаттарын, серинди жана глутаматты камтыган субстрат нитробактериялардын өсүшүн стимулдаганы аныкталган. Бул процесс бир кыйла жайыраак болсо да, нитриттин катышуусунда да, азыктандыруучу чөйрөдө анын жоктугунда да болот. Тескерисинче, нитриттин катышуусунда ацетаттын кычкылдануусу басылат, бирок анын көмүртектеринин протеинге, ар кандай аминокислоталарга жана башка клеткалык компоненттерге кошулуусу бир топ жогорулайт.
Көптөгөн эксперименттердин натыйжасында нитрификациялоочу бактериялар дагы эле гетеротрофтук тамактанууга өтүшү мүмкүн экендиги жөнүндө маалыматтар алынды, бирок алар мындай шарттарда канчалык жемиштүү жана канча убакыт жашай аларын көрүүгө болот. Маалыматтар жетиштүү болсобул маселе боюнча акыркы тыянак чыгарууга туура келбейт.
Нитрификациялоочу бактериялардын жашоо чөйрөсү жана мааниси
Нитификациялоочу бактериялар химоавтотрофтор болуп саналат жана жаратылышта кеңири таралган. Алар бардык жерде кездешет: топуракта, ар кандай субстраттарда, ошондой эле суу объектилеринде. Алардын жашоо процесси жаратылыштагы азоттун жалпы айлануусуна чоң салым кошот жана чындыгында эбегейсиз чоң пропорцияларга жетиши мүмкүн.
Мисалы, Атлантика океанынан бөлүнүп алынган nitrocystis oceanus сыяктуу микроорганизм облигатты галофилдерге кирет. Ал деңиз суусунда же аны камтыган субстраттарда гана болушу мүмкүн. Мындай микроорганизмдер үчүн жашоо чөйрөсү гана эмес, рН жана температура сыяктуу константалар да маанилүү.
Бардык белгилүү нитрификациялоочу бактериялар милдеттүү аэробдор катары классификацияланат. Аларга аммонийди азот кислотасына жана азот кислотасын азот кислотасына кычкылдандыруу үчүн кычкылтек керек.
Жашоо шарттары
Окумуштуулар белгилеген дагы бир маанилүү жагдай – нитрификациялоочу бактериялар жашаган жерде органикалык заттар болбошу керек. Бул микроорганизмдер, негизинен, сырттан келген органикалык кошулмаларды колдоно албайт деген теория алдыга коюлган. Аларды атүгүл милдеттүү автотрофтор деп да коюшкан.
Кийинчерээк глюкоза, мочевина, пептон, глицерин жана башка органикалык заттардын нитрификациялоочу бактерияларга зыяндуу таасири бир нече жолу далилденген, бирок эксперименттер токтобойт.
Бактерияларды нитрификациялоонун мааниситопурак
Жакынкы убакка чейин нитрификаторлор аммиакты нитраттарга чейин ажыратуу менен анын асылдуулугун арттырып, кыртышка пайдалуу таасир этет деп эсептелип келген. Акыркылары өсүмдүктөр тарабынан жакшы сиңирилбестен, айрым минералдардын эригичтигин да жогорулатат.
Бирок акыркы жылдары илимий көз караштар өзгөрүүдө. Сипатталган микроорганизмдердин кыртыштын асылдуулугуна терс таасири аныкталды. Нитрификациялоочу бактериялар, нитраттарды пайда кылуу, айлана-чөйрөнү кычкылдандырат, бул дайыма эле жакшы нерсе эмес, ошондой эле топурактын аммоний иондору менен нитраттарга караганда көбүрөөк каныккандыгын пайда кылат. Мындан тышкары, нитраттар N2 чейин (денитрификация учурунда) кыскаруу жөндөмүнө ээ, бул өз кезегинде топурактын азотунун азайышына алып келет.
Нитрификациялоочу бактериялар кандай коркунучтуу?
Нитробактериялардын кээ бир штаммдары органикалык субстраттын катышуусунда аммонийди кычкылдандырып, гидроксиламинди, андан соң нитриттерди жана нитраттарды пайда кылышы мүмкүн. Ошондой эле, мындай реакциялардын натыйжасында гидроксамин кислоталары пайда болушу мүмкүн. Мындан тышкары, бир катар бактериялар азотту камтыган түрдүү кошулмаларды (оксимдер, аминдер, амиддер, гидроксаматтар жана башка нитробирикмелер) нитрификациялоо процессин жүргүзүшөт.
Белгилүү шарттарда гетеротрофтук нитрификациянын масштабы чоң гана эмес, өтө зыяндуу да болушу мүмкүн. Коркунуч мындай трансформациялардын жүрүшүндө уулуу заттардын, мутагендердин жана канцерогендердин пайда болушунда. Ошондуктан, окумуштуулар тыгызбул теманы изилдеп жатышат.
Ар дайым колдо болгон биологиялык чыпка
Нитификациялоочу бактерия абстракттуу түшүнүк эмес, жашоонун өтө кеңири тараган формасы. Мындан тышкары, алар көбүнчө адамдар тарабынан колдонулат.
Мисалы, бул бактериялар аквариумдар үчүн биологиялык чыпкалардын бир бөлүгү болуп саналат. Тазалоонун бул түрү механикалык тазалоо сыяктуу арзаныраак жана оор эмес, бирок ошол эле учурда нитрификациялоочу бактериялардын өсүшүн жана жашоо активдүүлүгүн камсыз кылуу үчүн белгилүү бир шарттарды сактоону талап кылат.
Алар үчүн эң жагымдуу микроклимат бул айлана-чөйрөнүн температурасы (бул учурда суу) 25-26 градус Цельсий, кычкылтек менен үзгүлтүксүз камсыз кылуу жана суу өсүмдүктөрүнүн болушу.
Айыл чарбасында нитификациялоочу бактериялар
Түшүмдүүлүктү жогорулатуу үчүн дыйкандар нитрификациялоочу бактерияларды камтыган түрдүү жер семирткичтерди колдонушат.
Бул учурда кыртыштын азыктануусун нитробактериялар жана азотобактериялар камсыз кылат. Бул бактериялар топурактан жана суудан керектүү заттарды бөлүп чыгарышат, алар кычкылдануу процессинде жетиштүү көлөмдөгү энергияны түзөт. Алынган энергия көмүр кычкыл газынан жана суудан органикалык келип чыккан татаал молекулаларды түзүүгө жумшалган химосинтез процесси деп аталган процесс.
Бул микроорганизмдер чөйрөдөн азыктандыруучу заттарды талап кылбайт - алар аларды өздөрү өндүрө алышат. Демек, ошондой эле автотроф болгон жашыл өсүмдүктөр керек болсокүн нуру, анда азоттоо бактериялар үчүн зарыл эмес.
Өзүн-өзү тазалоочу топурак
Топурак өсүмдүктөрдүн гана эмес, көптөгөн тирүү организмдердин өсүшү жана көбөйүшү үчүн идеалдуу субстрат болуп саналат. Ошондуктан анын нормалдуу абалы жана тең салмактуу курамы өтө маанилүү.
Нитрификациялоочу бактериялар топурактын биологиялык тазаланышын да камсыздай турганын эстен чыгарбоо керек. Алар топуракта, суу сактагычтарда же гумуста болуу менен башка микроорганизмдер жана калдык органикалык материалдар тарабынан бөлүнүп чыккан аммиакты нитраттарга (тагыраак айтканда, азот кислотасынын туздарына) айландырышат. Бүт процесс эки кадамдан турат:
- Амиактын нитритке кычкылданышы.
- Нитриттин нитратка кычкылданышы.
Ошол эле учурда ар бир этап микроорганизмдердин өзүнчө түрлөрү менен камсыз кылынат.
Тийиштүү чөйрө
Энергиянын айлануусу жана жер бетинде жашоонун сакталышы бардык тирүү жандыктардын жашоосунун белгилүү мыйзамдарын сактоонун аркасында мүмкүн. Бир караганда, эмне коркунучта экенин түшүнүү кыйын, бирок чындыгында баары жөнөкөй.
Мектеп окуу китебиндеги төмөнкү сүрөттү элестетип көрөлү:
- Органикалык эмес заттар микроорганизмдер тарабынан иштетилет жана ошентип кыртышта өсүмдүктөрдүн өсүшү жана азыктануусу үчүн жагымдуу шарттарды түзөт.
- Алар, өз кезегинде, көпчүлүк чөп жегичтер үчүн энергиянын ажырагыс булагы болуп саналат.
- Бул жашоо байланышынын кийинки чынжырчасы жырткычтар, алардын энергиясы,тиешелүүлүгүнө жараша, алардын чөп жеген кесиптештери.
- Адамдар жогорку жырткычтар экени белгилүү, демек биз энергияны өсүмдүктөр дүйнөсүнөн да, жаныбарлар дүйнөсүнөн да ала алабыз.
- Ошондой эле биздин өзүбүздүн жашообуз, ошондой эле өсүмдүктөр менен жаныбарлар микроорганизмдер үчүн азыктандыруучу субстрат катары кызмат кылат.
Ошентип, тынымсыз иштеп, жер бетиндеги бардык тиричилик үчүн жашоону камсыз кылган туюк айлана пайда болот. Бул принциптерди билүү менен жаратылыштын жана бардык тирүү жандыктардын канчалык көп кырдуу жана чексиз күчүн элестетүү кыйын эмес.
Тыянак
Бул макалада биологияда нитрификациялоочу бактериялар деген эмне деген суроого жооп берүүгө аракет кылдык. Көрүнүп тургандай, бул микроорганизмдердин тиричилик активдүүлүгүнүн, иштешинин жана таасиринин төгүндөлгүс далилдерине карабастан, дагы эле көп талаштуу маселелер бар, алар мындан аркы эксперименталдык изилдөөлөрдү талап кылат.
Нитификациялоочу бактериялар химотрофтор катары классификацияланат. Ар кандай минералдар алар үчүн энергия булагы болуп кызмат кылат. Микроскопиялык чоңдугуна карабастан, бул тирүү организмдер аларды курчап турган дүйнөгө чоң таасирин тийгизет.
Белгилүү болгондой, химотрофтор субстраттагы (топурак же суу) органикалык кошулмаларды сиңире албайт. Тескерисинче, алар тирүү жана иштеген клетканы түзүү үчүн курулуш материалын чыгарышат.
