Исследуя сообщества микроорганизмов, учёные в первую очередь обращают внимание на характер питания составляющих их организмов: откуда и как они получают энергию для жизнедеятельности: какие вещества — органические или неорганические — используют для построения своего тела?
Для одних сообществ организмов источником энергии служит свет солнца (такие организмы называют фототрофными), для других — химические реакции (их называют хемотрофными). Третьи сообщества микроорганизмов — автотрофные организмы (растения, цианобактерии и некоторые другие микроорганизмы) способны использовать для создания органических веществ и построения собственного тела углекислый газ (СО,). А гетеротрофные сообщества микроорганизмов вынуждены потреблять уже готовые органические вещества, созданные автотрофами. Комбинируясь друг с другом, эти сообщества микроорганизмов питания образуют 16 различных вариантов, из которых только два освоены растениями и животными. Зато у бактерий встречаются все 16. Именно это позволило великому русскому микробиологу и основателю экологии микроорганизмов С. Н. Ви-ноградскому в 1896 г. сформулировать важнейший принцип: для каждого вещества биотического происхождения в природе имеется организм, способный его разлагать. Так осуществляется «круговорот жизни в природе». Каждый вид микроорганизмов потребляет определённые вещества (субстрат), преобразует их и затем выделяет то, что не было использовано для построения тела и поддержания собственной жизни (впрочем, и то, что было усвоено, рано или поздно поступит в окружающую среду — после смерти организма). В соответствии с утверждением Виноградского обязательно найдётся такой организм, который будет потреблять то, что другие выделили в процессе жизнедеятельности. Подобным образом в сообществах микроорганизмов возникают пищевые цепи, а точнее — пищевые сети, поскольку один организм может выделять и потреблять сразу несколько разных веществ. Неудивительно, что при большом разнообразии типов питания пищевые сети в микробных сообществах очень сложны. Но главное их отличие от пищевых цепей, связывающих растения и животных, состоит в том, что бактерии, как правило, не поедают друг друга (хотя появление эукарио-тов-протистов связано со способностью захватывать твёрдые частицы), а потребляют только продукты жизнедеятельности своих соседей. Соседи при этом не только не страдают, но и выигрывают, поскольку накопление в окружающей среде продуктов жизнедеятельности может привести их к гибели. Так, избыток свободного кислорода губит фотосинтезиру-ющие организмы. Продукты гидролиза (расщепление при участии воды) органических полимерных углеводов, белков или жиров тормозят действие ферментов, осуществляющих гидролиз, что делает невозможным дальнейшее питание организма углеводами или жирами. Поэтому микроорганизмы, потребляющие продукты гидролиза и таким образом снижающие их концентрацию в среде, создают тем самым благоприятные условия для организмов из предшествующего звена цепочки. В начале каждой пищевой цепи стоят первичные продуценты — фо-тосинтезирующие или хемосинте-зирующие организмы, создающие органические полимеры (углеводы, жиры, белки) из углекислого газа. Это могут быть цианобактерии или фото- и хемосинтезирующие бактерии. Но уже на следующем этапе — при гидролизе образованных органических веществ до более простых — цепочка начинает ветвиться: одна группа микроорганизмов специализируется на углеводах, другая — на белках, третья — на жирах. Состав организмов, образующих эти группы, может быть различен: иногда гидролиз осуществляют бактерии, а вот в разложении целлюлозы и лигнина ведущую роль играют грибы (в основном микроскопические, а не их плодовые тела, которые так хороши в супе или на сковородке).
Простые молекулы, образовавшиеся в результате распада полимеров, достаются бактериям, которые — обычно не напрямую, а через цепочку последовательных превращений — в итоге преобразуют эти молекулы в углекислый газ. А ведь с него и начинался «круговорот жизни» в сообществе. Наиболее быстрое и полное окисление органических веществ достигается в аэробных условиях, т. е. на воздухе, содержащем свободный кислород. При этом нередко (например, в почве или верхних слоях воды озёр или морей) между организмами возникает конкуренция за кислород, количество которого может быть ограниченно. К тому же в почве при контакте с воздухом велика опасность высыхания из-за испарения воды, да и подвижность организмов ограничена, и они вынуждены осваивать пространство за счёт образования мицелия — тонких ветвящихся нитей. Сообщество аэробных организмов, разлагающих целлюлозу, можно смоделировать в лабораторных условиях. Если поместить комочек почвы, содержащей растительные остатки, или торфа на влажную фильтроваль- ную бумагу, то за неделю вокруг него разовьётся микробное сообщество поверхность комочка оккупирую! тонкие скользящие палочки — цито-фаги и грибы, которые окутывают волокна целлюлозы и расщепляют их За ними следуют бактерии, потребляющие продукты разложения, а также организмы, питающиеся погибшими бактериями. Стенки клеток отмерших грибов содержат хитин, который охотно поедается бактериями-актино-мицетами. Здесь же нередко можно встретить «тигров» и «волков» микробного сообщества — хищных простейших. Обязательно присутствуют и бактерии, фиксирующие азот из атмосферного воздуха, — ведь очень часто именно нехватка азота ограничивает рост всех других существ (см. статью «Среда обитания»).
