Экология микроорганизмов

Особенно существенна роль микроорганизмов  в создании и минерализации органических веществ, в осуществлении непрерывного круговорота биогенных элементов, в обогащении почвы биологически активными соединениями, такими как ферменты, витамины, аминокислоты, которые повышают напряженность биологических процессов в почве и тем самым обеспечивают ее плодородие.

 

МИКРОФЛОРА ВОДЫ

Водоемы - также благоприятная естественная среда для развития микроорганизмов В воде в растворенном виде содержатся разные химические вещества - кислород, азот, углекислота, соединения серы, железа, фосфора и др. Это обусловливает развитие различных физиологических групп микроорганизмов, окисляющих аммиак, серу, железо, фиксирующих молекулярный азот, восстанавливающих нитраты, сульфаты, минерализующих органические соединения.

Главным фактором, определяющим массовое развитие микроорганизмов в воде, является наличие в ней питательных веществ. Количество микробов прямо пропорционально степени загрязнения водоемов. Особенно богаты микроорганизмами пруды, ручьи и озера густонаселенных городов и деревень.

В водоемах закрытого типа (пруды, озера) наблюдается определенная закономерность в распределении бактерий: в прибрежной зоне, соприкасающейся с почвой, их больше. Наблюдаются существенные различия в численности микроорганизмов и в вертикальном разрезе водоема: наиболее обильно заселена не сама поверхность воды, а 10-100-сантиметровая глубина. В более глубоких слоях количество микроорганизмов значительно снижается, что видно на примере морей, океанов (на глубине 5 м в 1 мл воды насчитывается до 300 клеток, на глубине же 200 м они практически отсутствуют).

Ключевые воды и воды артезианских колодцев наиболее чисты. Здесь количество микробов не превышает 10 на 1 мл. Бедна  микробами и дождевая вода. Вода глубоких питьевых колодцев, проходя  через фильтрующие слои почвы, очищается  и поэтому также отличается высокой  чистотой. Правда, просачивание поверхностных вод может привести к увеличению в ней микробов.

Водоем поделен на множество экологических ниш. В  поверхностной зоне преобладают  микроорганизмы, обладающие способностью находиться во взвешенном состоянии: клетки, имеющие жгутики, простеки, прикрепительные диски, газовые вакуоли, или организмы малых размеров. Доминирующими формами здесь являются олиготрофы и простекобактерии родов (Hyphomicrobium, Planctomyces, Blastobacter, Pasteuria, Caulobacter, Asticacaulis, Prosthecomicrobium, Seliberia, Prosthecochloris и др.) и оксигенные фотосинтетики (водоросли и цианобактерии). К типично планктонным бактериям относятся спириллы. Из способов метаболизма преобладают фототрофия, метилотрофия и нитрификация. Вся толща водной массы в зависимости от градиентов факторов поделена на ряд подзон: подзона фотосинтеза, подзоны продукции биомассы гетеротрофных и хемолитотрофных микроорганизмов, подзона деструкции органического вещества. В водоемах с повышенной соленостью наблюдается заметная первичная продукция органического вещества за счет хемоавтотрофии. Основная масса органического вещества (как синтезированного в водоеме, так и привнесенного извне) разлагается в аэробной водной толще (до 10 м глубины) и не достигает дна.

В поверхностном слое ила обитают прикрепленные или  скользящие микроорганизмы. Анаэробный распад в приповерхностном слое донных осадков осуществляют клостридии и энтеробактерии. Нижние слои ила составляют сульфатредукторы и метаногены, завершающие анаэробную деструкцию упавших на дно растительных и животных остатков.

Микроорганизмы играют существенную роль в продуктивности водоемов, особенно озер и водохранилищ, постоянно обогащающихся дополнительным органическим веществом из стоков вод с суши. Деструкция этого вещества осуществляется бактериями. Так же велика роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в водоемах, который осуществляется по тому же принципу, что и в почве.

 

МИКРОФЛОРА АТМОСФЕРЫ

Несмотря на то, что атмосфера  является неблагоприятной средой для  развития микроорганизмов, последние  находятся в ней постоянно. Условия, существующие в атмосфере, не исключают полностью возможности обитания в ней микроорганизмов, особенно в нижних слоях - тропосфере. Здесь постоянно содержатся водяные пары, газообразные азот н углерод и другие элементы. В атмосферу микроорганизмы попадают вместе с пылью. Они находятся там некоторое время во взвешенном состоянии, а затем частично оседают на землю, некоторые же погибают от действия прямых солнечных лучей и высушивания. В сухую солнечную погоду микробы гибнут массами. Благодаря этому микрофлора воздуха немногочисленна. Она зависит от микрофлоры и состояния почвы, над которой расположен исследуемый слой воздуха. Над окультуренной, богатой органическим веществом почвой гораздо больше микробов, чем над почвой бесплодных пустынь или над заснеженными полями.

По качественному составу среди  микрофлоры воздуха преобладают  различные пигментные формы, дающие на плотных средах окрашенные колонии. Это связано с тем, что бесцветные микробы более чувствительны к бактерицидному действию солнечных лучей, в то время как у пигментных форм каротиноиды служат защитой от губительного действия ультрафиолетовой радиации.

Наиболее частыми обитателями  воздуха являются дрожжи, грибы, сарцины, стафилококки и различные споровые палочки. Неспороносных палочковидных бактерий в воздухе немного, так как у них низкая устойчивость к высушиванию. В воздухе жилых помещений и в особенности в окружении больных могут находиться и болезнетворные микробы.

Количество микроорганизмов и  их состав в воздухе меняются в  зависимости от многих условий. Сухость  почвы, распыленность ее и ветры  резко повышают степень загрязненности воздуха микробами. Выпадающие осадки значительно очищают воздух. Меньше всего микробов в воздухе над лесами, морями и снегами.

Содержание микробов в воздухе  зависит и от времени года. Меньше всего их зимой и больше летом, так как зимой почва покрыта  снегом и воздух непосредственно с ней не соприкасается. Летом же ветер поднимает с земли пыль, а вместе с ней и массу микробов. Заселенность воздуха весной и осенью занимает среднее положение между летней н зимней заселенностью, так как в это время часто идут дожди и ветер поднимает меньше пыли с влажной почвы.

Микроорганизмы, содержащиеся в воздушной  среде, могут явиться причиной различных  инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины и др.

Микробиологическое исследование атмосферного воздуха, а также воздуха  закрытых помещений занимает важное место при осуществлении очистки  его от бактериального загрязнения  как мера борьбы с аэрогенными  инфекциями.

В настоящее время изучению микробиологии  атмосферы уделяется большое  внимание в связи с освоением  космоса.

 

ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ

 Многие пищевые  продукты являются благоприятной  средой для роста и развития  посторонних микроорганизмов, многие  из которых вызывают порчу  продукта. Некоторые из них способны  вырабатывать сильные яды (токсины). Употребление в пищу испорченных  продуктов может привести к  пищевым отравлениям.  К наиболее  распространенным микроорганизмам  относятся плесневые грибы, дрожжи  и бактерии.

Высокая бактериальная  обсемененность пищевых продуктов  свидетельствует о недостаточной  термической обработке сырья, недостаточно тщательной мойке и дезинфекции  оборудования, неудовлетворительных условиях хранения и транспортировки продукции.

Наличие бактерий группы кишечной палочки (БГКП) определяется во всех жидких продуктах, во всех продуктах  животного происхождения (за исключением  стерилизованных), во многих продуктах  растительного происхождения. БГКП объединяют представителей нормальной микрофлоры кишечника человека и  относятся к семейству Enterobacteriaceae родов Escherichia, Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella, Serratia. БГКП выполняют функцию индикатора фекального загрязнения и относятся к санитарно-показательным микроорганизмам.

К группе условно-патогенных микроорганизмов относятся –  возбудители пищевых отравлений, таких как Proteus vulgaris, Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum.

Условно- патогенные микроорганизмы являются микроорганизмами, которые постоянно присутствуют в окружающей среде и в живых макроорганизмах. Благоприятной средой для роста и развития этих микроорганизмов является мясо и мясопродукты, поэтому именно эти продукты чаще всего являются причиной пищевых отравлений. Таким образом, многие из вышеперечисленных микроорганизмов нормируются в колбасных изделиях и других мясных продуктах.

В мясных и многих растительных консервах нормируют содержание сульфитредуцирующих клостридий, которые развиваются в анаэробных условиях. В молочных продуктах, богатых белком (например, твороге, сыре) нормируется содержание коагулазоположительного золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) – возбудителя пищевой интоксикации.

Из патогенных микроорганизмов  в пищевых продуктах определяют сальмонеллы.

Группа показателей  микробиологической стабильности продукта. К этой группе относятся микроскопические грибы и дрожжи, которые, как известно, являются возбудителями порчи продукта. Этот показатель нормируется многих продуктах из растительного сырья, а также в продуктах животного  происхождения с растительными  добавками. Динамику роста грибов и  дрожжей обязательно исследуют  при установлении сроков годности и  режимов хранения новых видов  продуктов.

Кроме вышеперечисленных  нормируемых микробиологических показателей  для прогнозирования качества выпускаемой  пищевой продукции целесообразно  определять отдельные группы микроорганизмов, которые являются представителями  технически полезной и технически вредной  микрофлоры.

 Так, в производстве  сыров периодически определяют  гнилостные бактерии как основные  возбудители порчи сыров, а  также следят за развитием  полезных микроорганизмов (молочнокислых  и пропионовокислых бактерий) в процессе выработки сыров

 

 

 

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ  В ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ И ЕЕ СУЩЕСТВОВАНИИ

 

Общая гипотетическая схема  участия микроорганизмов в эволюции биосферы, отражающая глобальные события в развитии жизни на Земле, представлена на рисунке. Событием колоссальной важности в истории нашей планеты явилось возникновение оксигенного фотосинтеза, который кардинально изменил физико-химическис условия земной атмосферы и привел к существенному накоплению органического вещества. Это подтверждается результатами целого ряда изотопных, биохимических и молекулярно-биологических исследований, а также обнаружением микрофосашш (ископаемых остатков) нитчатых фототрофных микроорганизмов, в частности цианобактсрий, возраст которых определяется 1,7 — 3,2 млрд лет. Сохранение ископаемых остатков этих микроорганизмов и течение столь длительного исторического времени объясняется уникальными свойствами их чехлов подвергаться мумификации, литификации и инкрустации соединениями кремния, кальция и т.д. Другими древними свидетельствами развития цнанобактерий и циано-бактсриальных сообществ являются строматолиты — слоистые осадочные породы, продук-ты жизнедеятельности микроорганизмов, основанные на осаждении бикарбонатов. Образование строматолитов в настоящее время удается смоделировать в лабораторных условиях.

Активное воздействие человека на окружающую среду (развитие промышленности, сельского хозяйства, вырубка лесов, добыча и переработка полезных ископаемых) привело к значительному изменению соотношения залежного и «живого» органического вещества в глобальном масштабе.

 

 

 

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмам принадлежит важная роль в круговороте  веществ в природе, образовании и разрушении месторождений полезных ископаемых, минералов и горных пород.

Будучи  широко распространенными в природе  и обладая активным ферментным аппаратом, микроорганизмы осуществляют процессы расщепления и синтеза самых сложных органических веществ. Благодаря минерализующей деятельности микроорганизмов происходит постоянное очищение поверхности земли от трупов животных и остатков растений. Органические вещества растений и животных под действием микроорганизмов разлагаются на простые минеральные элементы, которые растворяются в воде и используются растениями в качестве источника питания, вовлекаясь таким образом в малый биологический круговорот.

Помимо  биологического круговорота элементов, в природе функционирует и больпой геологический круговорот. Он осуществляется под действием физико-химических факторов и включает процессы выветривания горных пород, растворения минеральных продуктов выветривания и вынос их в моря и океаны. Преобладающая часть вынесенных минеральных элементов используется водными организмами и после их отмирания частично переходит в состав осадочных пород, выключаясь тем самым из биологического круговорота. Если бы этот процесс проходил постоянно, то жизнь на земной поверхности не могла бы развиваться. Однако этого не происходит, так как биологически важные элементы непрерывно закрепляются в почве благодаря деятельности зеленых растений и автотрофных микроорганизмов. После отмирания организмы растений и животных минерализуются микроорганизмами и в зависимости от условий включаются в биологический или геологический круговорот.

Участие микроорганизмов  в биологическом круговороте  углерода в природе

Углеродные  ресурсы на Земле представлены следующими формами: углерод в органических соединениях (ископаемые остатки, почвенный  гумус, живая и отмершая биомасса) и неорганических веществах (карбонаты, углекислый газ), которые присутствуют во всех частях (лито-, гидро- и атмосфера) биосферы.

К особенностям цикла углерода можно отнести  ведущую сопряженную роль живых организмов в его реакциях, в первую очередь фотосин-тезирующих организмов (растений и микроорганизмов), образующих органическое вещество (продукция), и микроорганизмов, разлагающих его и возвращающих СО₂ в круговорот углерода (деструкция). Процессы минерализации органического вещества происходят как в аэробных, так и в анаэробных (метаногенез) условиях.