Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Передача вещества между биологическими подсистемами полной экосистемы, когда одни виды организмов служат источником пищи для других, определяет понятие трофической цепи или трофического уровня. Низший трофический уровень занимают автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из минеральных компонентов среды. На этом трофическом уровне осуществляется первичная продукция вещества. Образующаяся свободная энергия проходит затем в изменяющемся виде по трофической цепи до верхнего уровня, расходуясь на поддержание процессов жизнедеятельности.
Для водных экосистем низший трофический уровень занимают водоросли. Различают микроскопические водоросли, находящиеся в воде во взвешенном состоянии (фитопланктон), и закрепленную высшую водную растительность (макрофиты).
С точки зрения обмена веществом с абиотической составляющей водной экосистемы наибольшее значение имеют планктонные водоросли и бактерии.
Водоросли — обязательные компоненты водных экосистем. Насчитывается их более 30 тыс. видов. Время жизни водорослевых клеток исчисляется часами. Водоросли оказывают сильное влияние на качество природных вод, участвуют в процессах самоочищения и самозагрязнения водной среды.
Сырая биомасса фитопланктона в Мировом океане составляет 0,9 «109 т, тогда как продукция органического вещества достигает 4,3'1011 т/г. Большое превышение продукции над биомассой свидетельствует об эффективном участии микроводорослей во внутриводо-емном круговороте веществ. Образующиеся в клетках водорослей органические вещества в основном (до 75%) выделяются в окружающую среду.
Из широкого спектра РОВ аминокислоты, углеводы, органические кислоты и спирты занимают ведущее положение в обменных процессах водорослевых клеток. Несмотря на большую скорость образования РОВ в процессах жизнедеятельности автотрофных организмов, эти вещества, особенно в летнее время года, обнаруживаются в водной . 188 среде лишь в незначительных концентрациях. Низкая стационарная концентрация РОВ связана с вовлечением образующихся органических веществ в обеспечение следующего трофического уровня, представленного гетеротрофными бактериями.
Между водорослями и бактериями существует симбиотическая связь
Внешние метаболиты Водоросли водорослей и бактерий Сопутствующие бактерии
Водоросли выделяют во внешнюю среду органические вещества и поглощают минеральные компоненты и СОг- Бактерии минерализуют органические вещества, обеспечивая низшее звено продукции биогенными элементами и С02.
Обмен веществ в водных экосистемах при участии органических и неорганических метаболитов (продуктов жизнедеятельности), выделяемых в воду одними организмами и потребляемых другими, составляет основу экологического метаболизма.
Изучение состава органических веществ в экспериментальных экосистемах одноклеточные водоросли — сопутствующие бактерии обнаружило удивительное сходство в соотношении основных молекулярных классов РОВ для разных культур. Более того, это соотношение оказывается близким к соотношению тех же компонентов в морской воде. Это свидетельствует о том, что в сообществах водорослей и сопутствующих бактерий протекают однотипные биохимические процессы, приводящие к одинаковому набору основных групп внешних метаболитов, образующих "внутреннюю среду" сообществ.
Любопытный факт: этот набор органических метаболитов аналогичен по своим функциям набору органических веществ крови. Очевидно, как в организме животного, так и на уровне простейшего сообщества водных организмов существует регуляторный механизм, поддерживающий некоторое оптимальное постоянство среды обитания (гомеос-таз).
Образно говоря, природная вода — это кровь экосистемы, рассматриваемой как единый организм с пространственно разделенными клетками.
Несмотря ца то что время жизни бактерий составляет всего около 1 ч, биомасса бактериопланктона в природных водах не растет, а колеблется около некоторого постоянного уровня, определяемого трофическим типом водоема — величиной первичной продукции.
Численность бактериальных клеток в пресных водах составляет 1—30 млн./мл, что в десятки тысяч раз меньше, чем в почве или в
189
донных отложениях. В силу малых размеров бактериальных клеток распределение свободноплавающего бактериопланктона в толще воды рек и водохранилищ практически равномерное. В основном в водной среде бактерии находятся в иммобилизованном состоянии — сорбированы на взвешенных частицах и на поверхности водорослей.
Скорость размножения бактерий зависит от температуры: она крайне низка при температуре меньше 10°С, до 18°С температура лимитирует рост численности бактерий, выше 18°С скорость размножения бактерий от температуры практически не зависит.
Естественное отмирание бактерий, как правило, не играет существенной роли в регуляции их численности. В основном бактерии выедаются фильтрующим зоопланктоном, для которого они являются основным источником пищи. Фильтраторы потребляют до 10 млн.клеток/мл в сутки.
Кроме того, бактерии являются основным питательным компонентом детрита — органических остатков мертвой биоты. Частицы детрита составляют основной корм растительноядного зоопланктона. Они служат центром локализации бактерий, составляющих до 1% массы детрита. Число таких частиц в толще морской воды составляет в среднем 100 шт/л.
