Биология. В 3-х томах. Т. 1

Большинство растений получает нитрат из почвы, а животные в свою очередь должны прямо или опосредованно получать азот от растений. На рис. 9.31 показано, как сапрофитные бактерии и грибы возвращают азот белков, содержащихся в мертвых растениях и животных, в общий круговорот в форме нитратов. Такое превращение происходит в результате последовательного окисления азотистых соединений, а для этого нужны аэробные бактерии и кислород. После гибели живого организма его белки разлагаются до аминокислот, а затем до аммиака. Точно так же расщепляются и азотистые соединения экскрементов и различных выделений животных. Затем хемосинтезирующие бактерии (разд. 9.10) окисляют аммиак до нитрата. Этот процесс называется нитрификацией.

9.44. К какому типу питания вы отнесете бактерии и грибы, которые являются редуцентами?

Денитрификация

Денитрифицирующие бактерии осуществляют процесс, обратный нитрификации, — денитрификацию, которая может уменьшать плодородие почвы. Денитрификация происходит только в анаэробных условиях, когда бактерии используют нитрат как окислитель (акцептор электронов), заменяющий кислород в реакциях окисления органических веществ. Сам нитрат при этом восстанавливается. Такие бактерии относятся к факультативным анаэробам. Не следует думать, что денитрифицирующие бактерии ставят под угрозу существование жизни на Земле. Как полагают, не будь процессов денитрификации, большая часть атмосферного азота находилась бы сейчас в океане или была бы связана в осадочных породах.

9.45. Какие природные условия благоприятны для денитрификации?

9.46. Почему хороший дренаж и вспашка повышают плодородие почвы?

9.11.2. Круговорот серы

Круговорот серы в природе показан на рис. 9.32. В земной коре очень много серы, и растения получают ее в основном в виде сульфатов. Сера — необходимый компонент почти всех белков.

Потребности животных в соединениях серы так же, как и в азоте, могут удовлетворяться только за счет растений. На рис. 9.32 представлен естественный круговорот серы, однако не следует забывать и о том, что в результате сжигания ископаемого топлива и плавки серных руд в атмосферу в возрастающем количестве поступают окислы серы, например сернистый газ (SО₂). Эти загрязнители атмосферы растворяются в каплях дождя и превращаются в кислоты. Появляется все больше данных о том, что такие кислотные дожди приводят к далеко идущим экологическим последствиям.

Рис. 9.32. Круговорот серы

9.11.3. Круговорот фосфора

Фосфор — необходимый компонент нуклеиновых кислот, белков, АТФ и ряда других жизненно важных органических веществ. Это сравнительно мало распространенный элемент, и, подобно азоту и калию, он часто бывает фактором, лимитирующим продуктивность экосистем. Круговорот фосфора показан на рис. 9.33; он несложен, так как в природе нет газообразных соединений этого элемента. Значительная часть фосфора рано или поздно попадает в океан и откладывается в осадочных породах.

Рис. 9.33. Круговорот фосфора

9.11.4. Круговорот углерода и кислорода

Круговорот углерода мы уже рассмотрели раньше в разд. 9.1, он представлен на рис. 9.2. Круговорот кислорода тесно связан с круговоротом углерода.

9.11.5. Заключение

Круговорот веществ в биосфере связан со сложными пищевыми взаимоотношениями между живыми организмами. Такие связи относятся к области экологии, и мы подробнее рассмотрим их в гл. 12. Ни один круговорот не обходится без бактерий, поэтому жизнедеятельность бактерий — непременное условие существования жизни на планете. Различные способы питания основаны на автотрофном, гетеротрофном, фотосинтетическом или хемосинтетическом способах получения органических веществ. Для того чтобы человечество смогло наиболее продуктивно использовать природные материалы, ему необходимо понимать, как осуществляются круговороты всех минеральных элементов и к каким последствиям может привести необдуманное вмешательство в эти процессы.

9.12. Минеральное питание растений и животных

Автотрофное питание — это не только синтез углеводов из СО₂ и подходящего донора водорода, например воды, но и полное удовлетворение всех потребностей в других органических веществах, таких, как белки и нуклеиновые кислоты, за счет простых неорганических веществ (нитратов, сульфатов, фосфатов и др.). Некоторые минеральные вещества нужны и гетеротрофным организмам как существенное дополнение к органической пище. В большинстве случаев необходимы одни и те же элементы, поэтому здесь нам удобнее рассмотреть всю проблему минерального питания целиком; это позволит нам перекинуть мостик от автотрофного питания (гл. 9) к гетеротрофному (гл. 10).