анаэробные микроорганизмы Не везде, где живут микроорганизмы, есть воздух, а значит — и свободный кислород, который может быть использован как окислитель. Анаэробные процессы протекают в океанах на больших глубинах, в донном иле, внутри плотных комочков почвы, а также в некоторых искусственно созданных системах, например в сооружениях для очистки городских сточных вод.
Анаэробная деструкция (разрушение) органического вещества проходит в два этапа. Первый из них — брожение. Сначала целлюлоза и другие полимеры разлагаются (гидролизу-ются) бактериями на относительно простые моно- и дисахариды (глюкоза и др.), а те уже сбраживаются другими видами микроорганизмов, образующими группу первичных анаэро-бов-бродилыциков. В результате брожения получаются водород, ацетат, жирные кислоты и спирты.
Следующий этап — окисление продуктов брожения — осуществляется другой обширной группой микроорганизмов, так называемыми вторичными анаэробами. При этом в качестве окислителей используются получаемые из окружающей среды нитраты, сульфаты, соединения железа, двуокись углерода. В очистных сооружениях этот процесс идёт с образованием метана (СН4): водородные метанобразующие бактерии (например, Methanobacterium) осуществляют превращение четырёх молекул водорода и одной молекулы углекислого газа в молекулу метана и две — воды (4Н2 + С02 = СН4 + 2Н20), а ацето-кластические бактерии (например, Methanosaeta) получают метан и углекислый газ из ацетата (СНХООН = = СН4 + С02).
Если процесс происходит в природе — в иле или болоте, образовавшиеся пузырьки метана появляются на поверхности в виде болотного газа, а из очистных сооружений (метатен-ков) он удаляется по трубам Подобное сообщество микроорганизмов, расщепляющих целлюлозу до удобоваримых для животных простых органических соединений, складывается и в желудке (в его части, называемой рубцом) жвачных животных — тех же коров.
Образование метана не единственный анаэробный процесс. Если там, где развивается микробное сообщество, имеется приток сульфатов (например, из морской воды), то место метанобразователей занимают сульфатредуцирующие бактерии, результатом деятельности которых становится сероводород (H2S). Он легко взаимодействует с гидратированны-ми оксидами железа, в результате чего образуется твёрдый осадок сульфида железа, окрашивающий донный ил в чёрный цвет. На некоторых бальнеологических курортах чёрные илы образуют так называемые лечебные грязи.
Если же сероводород в водоёме поднимается со дна ближе к поверхности (куда проникает солнечный свет), то он поступает в распоряжение пурпурных бактерий, которые окисляют серу на свету, превращая её в сульфат, — и цикл завершается. Размножение многочисленных видов пурпурных бактерий происходит обычно на небольшой глубине и бы-
вает столь массовым, что окрашивает и воду, и донные осадки в красный цвет. Это наблюдается, например, в Гнилом море — азовском заливе Сиваш.
Окисление сероводорода серобактериями до чистой серы возможно и в присутствии кислорода. Накапливаясь внутри или вокруг бактериальных клеток, сера образует яркие белые плёнки на поверхности черного ила. В дальнейшем она окисляется до серной кислоты, которая может воздействовать на осадочные породы, вытесняя из них железо (при этом окрашенные ионами железа осадки обесцвечиваются). Железо, в свою очередь, окисляется железобактериями до оксидов, часто образующих в грунте ржавую полоску.
Хорошо наблюдать все эти яркие цветовые реакции на влажном морском берегу. На поверхности песка развиваются цианобактерии, образующие сине-зелёную плёнку, под ней расположен белый слой серобактерий, ещё ниже — вишнёвая зона пурпурных бактерий, и, наконец, в самом низу — чёрный слой накоплений сульфида железа. Каждый из этих слоев имеет толщину около 1 мм: группы бактерий, использующие продукты
жизнедеятельности друг друга, и располагаться должны по соседству, чтобы необходимые вещества быстро перемещались из слоя в слой.
В водоёмах слои бактерий располагаются более свободно. Наглядным примером может служить колонка Виноградского — высокий стеклянный цилиндр, наполненный водой с илом и растительными остатками на дне. В середине цилиндра, над почерневшим под воздействием сульфатов илом, расположены яркие слои пурпурных бактерий, а на поверхности — слои цианобактерии. Ил в присутствии сульфатов чернеет; над ним хорошо видны яркие слои пурпурных бактерий (в середине цилиндра) и слои цианобактерии у поверхности.
|
