: Главная arrow Микроорганизмы и окружающая среда arrow Экология микроорганизмов  

Экология микроорганизмов

Печать E-mail
 

 

Было приложено немало усилий, чтобы выделить и описать отдельные микроорганизмы. Исследования на чистых культурах имеют существен­ное значение, так как помогают оценить потенциальные возможности и функции отдельных видов в природе. Таксономические, физиологиче­ские, биохимические и генетические исследования некоторое время уво­дили микробиологов в сторону от основной цели их науки - от изучения поведения микроорганизмов в их естественных местах обитания.

Взаимоотношениями организмов между собой и с окружающей сре­дой занимается экология. Экология микроорганизмов исследует лишь отдельные части целостных экологических систем. Экология - очень раз­носторонняя наука, и ее проблемы разрабатываются представителями ряда частных биологических дисциплин и рассматриваются в разных ас­пектах. В связи с этим даже в употреблении основных экологических по­нятий нет единства. Мы попытаемся сначала пояснить некоторые об­щие термины, применяемые в экологии микроорганизмов.

Экосистема. Основной единицей в экологии является экосистема. В нее входят как биотические, так и абиотические компоненты. Биотиче­ские компоненты составляют сообщество организмов, или биоценоз. При этом речь идет, как правило, о популяциях микроорганизмов, при­чем популяция может состоять из клонов одного вида или нескольких различных видов. Под абиотическими компонентами следует понимать физические и химические условия экосистемы, в которой живут орга­низмы. Размеры микробных экосистем очень разнообразны. Это может быть, например, пруд, озеро или корневая система дерева. Возможны и такие малые экосистемы, как ротовая полость человека, рубец жвач­ного животного или участок кишечника. Все жизненное пространство нашей планеты в совокупности-биосферу-можно рассматривать как гигантскую экосистему. С той или иной экосистемой часто связывают понятие «окружающая среда». Эта среда поддерживает взаимоотноше­ния определенного организма (или популяции) с окружающими его (ее) биотическими или абиотическими компонентами экосистемы.

Местообитание. В пределах экосистемы для каждого вида можно описать его местообитание. Это тот участок или жизненное простран­ство (местность), в котором обычно живет данный организм (индиви­дуум или популяция). Для каждого организма можно указать как мини­мум одно местообитание, в котором он обычно встречается, где он благополучно растет и развивается и где его с большой вероятностью можно встретить вновь и выделить. Местообитанием могут быть дон­ные отложения моря, плодородная гумусная почва, носовая полость или кишечник человека. В рамках определенной экосистемы микроорга­низм имеет, как правило, только одно-единственное местообитание; но вообще он может иметь и несколько таких мест, каждое в отдельной экосистеме. Например, бактерии рода Rhizobium растут как в почве, так и в растениях; определенная метанобразующая бактерия может обитать в морских отложениях, в рубце жвачных или в метантенке очистной установки. Иными словами, местообитание - это «улица» и «номер до­ма» данного организма; некоторые организмы могут иметь по несколь­ку адресов.

Экологическая ниша. В отличие от термина «местообитание» поня­тие «экологическая ниша» отражает не место в пространстве, а функцию какого-то вида или популяции в сообществе организмов. Экологическая ниша характеризует «профессию» вида. Можно исходить из того, что каждый вид (или популяция) выполняет определенную функцию, кото­рая обусловлена его (ее) потребностями в пище, подвижностью, спосо­бом размножения, биохимическими возможностями, структурными осо­бенностями и пределами толерантности к условиям среды. Может или не может какой-либо вид выполнять определенную функцию в опреде­ленной экосистеме, зависит от совокупности его свойств. Обычно гра­ницы распространения какого-то вида или популяции фактически бы­вают уже, чем можно было бы ожидать, исходя из свойств этого вида. Иными словами, реальные ниши, как правило, уже потенциальных. Бу­дет ли вид действительно выполнять ту функцию, к которой он потен­циально способен,-это часто определяется вторичными, привходящими обстоятельствами.

Поясним это на примере. В рубце жвачных могут расти и выполнять функ­цию расщепления целлюлозы только те целлюлозолитические бактерии, ко­торые осуществляют это в анаэробных условиях и способны получать энергию в результате брожения. Далее, они должны быть толерантны к температуре вну­три желудка, к присутствию жирных кислот, ферментов, аммиака, газов и дру­гих продуктов. И наконец, должно быть обеспечено непрерывное удаление опре­деленных продуктов брожения, например Н2. Таким образом, для выполнения данной функции в определенной экосистеме вид должен обладать целым рядом специфических особенностей.

Обитатели экосистемы. Согласно концепции, выдвинутой Виноград-ским в 1925 г., микроорганизмы, встречающиеся в экосистеме, можно подразделить на две категории-автохтонные и аллохтонные. Авто­хтонные микроорганизмы являются типичными обитателями данной эко­системы (например, почвы, кишечника) и присутствуют там всегда. Их неизменно можно найти, скажем, в почве независимо от того, вносятся туда извне определенные питательные вещества или нет. Наличие таких видов обусловлено более или менее постоянным присутствием пита­тельных веществ, характерных для данной экосистемы. Под алло-хтонными (или зимогенными) микроорганизмами понимают такие, нали­чие которых зависит от случайного повышения концентрации пита­тельных веществ или от добавления определенных веществ. Такие виды в известной мере чужды данной экосистеме, присутствуют в ней времен­но или пребывают в состоянии покоя.

К автохтонным обитателям экосистем относятся обычно высокоспециализированные организмы, такие как нитрифицирующие бактерии, обитатели горячих источников и других экстремальных экосистем. К зи-могенным представителям принадлежат многие вездесущие почвенные и водные бактерии (убиквисты).

Численность и разнообразие микроорганизмов в экосистемах. В нор­мальных условиях в почве или в воде развивается большое число видов. «Нормальными» условиями мы считаем нейтральное значение рН, оби­лие питательных веществ и высокое содержание воды. Чем больше ус­ловия в экосистеме отклоняются от нормальных, т.е. чем более экстре­мальными будут химические и физические характеристики среды, тем меньше будет разнообразие видов, но зато выше численность особей, относящихся к одному и тому же виду. Такие взаимоотношения между числом видов и числом особей, с одной стороны, и степенью экстре­мальности условий-с другой, наблюдаются во многих экосистемах, на­пример в горячих источниках, соленых озерах, кислых шахтных водах, в кишечнике и в сухих почвах. В экстремальных экосистемах преобла­дают те организмы, которые полностью приспособились к своему ме­стообитанию и не растут, если соответствующий экстремальный фактор проявляется в меньшей степени. Это относится к крайне термо­фильным, психрофильным, галофильным, алкалифильным, осмофиль-ным и другим «экстремофильным» микроорганизмам.

 
« Пред.   След. »