जीवों के जीवमंडल में जीवाणु साम्राज्य की भूमिका। जीव विज्ञान के पाठों में सूक्ष्मजीवों की जैव-भू-रासायनिक गतिविधि के बारे में ज्ञान का उपयोग करना जैवमंडलीय चक्रों में प्रोकैरियोट्स की भूमिका

कैट से उत्तर [गुरु]
प्रोकैरियोट्स पौधों की तुलना में अलग तरीके से प्रकाश संश्लेषण करते हैं। इस प्रक्रिया में बैक्टीरिया वर्णक बैक्टीरियोक्लोरिन का उपयोग करते हैं।
और वातावरण में ऑक्सीजन का उत्सर्जन न करें। फोटोऑटोट्रॉफ़िक आर्कबैक्टीरिया बैक्टीरियरहोडॉप्सिन का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण करते हैं, और क्लोरोफिल के अलावा साइनोबैक्टीरिया में दो अतिरिक्त वर्णक होते हैं: फाइकोसाइनिन और फाइकोएरिथ्रिन। इन तथ्यों से पता चलता है कि प्रकृति ने प्राथमिक कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के कार्यान्वयन के लिए कई वर्णक प्रदान किए हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के लिए उपलब्ध विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना का काफी विस्तार करते हैं। केमोसिंथेसिस प्रोकैरियोट्स के बीच व्यापक रूप से फैला हुआ है। इसके अलावा, जीवाणु जीवों के बीच नाइट्रोजन-फिक्सिंग रूप हैं: यह हमारे ग्रह पर जीवित जीवों का एकमात्र समूह है जो सीधे वायुमंडलीय हवा से नाइट्रोजन को आत्मसात करने में सक्षम हैं और इस प्रकार जैविक चक्र में आणविक नाइट्रोजन को शामिल करते हैं।
जीवाणुओं और नीले-हरे पौधों में जैविक पदार्थों के जैव-रासायनिक चक्र में सभी नाइट्रोजन का 90% तक शामिल होता है; शेष 10% नाइट्रोजन बिजली के विद्युत निर्वहन से बाध्य है। यह कहा गया है कि जीवमंडल में प्रोकैरियोट्स का सबसे महत्वपूर्ण कार्य निष्क्रिय (निर्जीव) प्रकृति के तत्वों को संचलन में शामिल करना है।
इसी समय, प्रोकैरियोट्स का एक और महत्वपूर्ण कार्य भी होता है, जो सीधे पहले के विपरीत होता है: कार्बनिक यौगिकों के विनाश (खनिजकरण) के माध्यम से पर्यावरण में अकार्बनिक पदार्थों की वापसी। हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया न केवल मिट्टी और पानी में, बल्कि कई जानवरों की आंतों में भी कार्य करते हैं, जहां वे जटिल कार्बोहाइड्रेट यौगिकों के सरल रूपों में रूपांतरण को गहन रूप से प्रभावित करते हैं।
पूरे जीवमंडल के स्तर पर, प्रोकैरियोट्स, मुख्य रूप से बैक्टीरिया, का एक और बहुत महत्वपूर्ण कार्य है - एकाग्रता। अध्ययनों ने स्थापित किया है कि सूक्ष्मजीव बेहद कम सांद्रता पर भी पर्यावरण से कुछ तत्वों को सक्रिय रूप से निकालने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, कुछ सूक्ष्मजीवों के अपशिष्ट उत्पादों में, लौह, वैनेडियम, मैंगनीज और कई अन्य की सामग्री उनके पर्यावरण की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक होती है। इन तत्वों के प्राकृतिक निक्षेप वास्तव में जीवाणुओं की गतिविधि द्वारा निर्मित होते हैं।
प्रोकैरियोट्स के गुण और कार्य इतने विविध हैं कि, सिद्धांत रूप में, वे स्थिर रूप से कार्यशील अंतर्निहित (यानी, केवल उनकी भागीदारी के साथ) पारिस्थितिक तंत्र बनाने में सक्षम हैं। यह अकारण नहीं है कि पृथ्वी पर जीवन के इतिहास में, लगभग 2 अरब वर्ष, प्रोकैरियोट्स द्वारा इसका प्रतिनिधित्व किया गया था। "यह साइनोबैक्टीरिया था जो परमाणु विस्फोट और सरे द्वीप के बाद बिकनी एटोल का उपनिवेश करने वाला पहला व्यक्ति था, जो 1 9 63 में आइसलैंड के दक्षिण में एक पानी के नीचे ज्वालामुखी के विस्फोट के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुआ था। समाधान में 20-30% NaCl हैलाइट की सामग्री के साथ ) इस समूह को सबसे चरम स्थितियों में जीवित पदार्थ के प्रतिनिधियों में बदल देता है "(शिलोव आईए, 2000, पी। 56)
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विकास के वर्तमान चरण में, जैविक शिक्षा सहित स्कूली शिक्षा का मुख्य लक्ष्य एक सुसंस्कृत, उच्च शिक्षित व्यक्ति, एक रचनात्मक व्यक्ति की तैयारी है। इस वैश्विक समस्या का समाधान आध्यात्मिक, नैतिक परंपराओं को पुनर्जीवित करना है, छात्रों को मानव जाति के एक हजार साल के इतिहास में बनाई गई संस्कृति से परिचित कराना, एक नई शैली की सोच - बायोसेंट्रिक बनाना, जिसके बिना जीवमंडल में जीवन को संरक्षित करना असंभव है। .

जीवविज्ञान दुनिया की एक वैज्ञानिक तस्वीर, एक स्वस्थ जीवन शैली, स्वच्छ मानदंड और नियम, स्कूली बच्चों के बीच पर्यावरण साक्षरता के निर्माण में महत्वपूर्ण योगदान देता है; चिकित्सा, कृषि, जैव प्रौद्योगिकी, पर्यावरण प्रबंधन और प्रकृति संरक्षण के क्षेत्र में काम करने के लिए युवाओं को तैयार करने में। (3.6)

जैविक शिक्षा की सामग्री में संगठन के स्तर और जीवित प्रकृति के विकास के बारे में ज्ञान शामिल है; जैव विविधता; चयापचय और ऊर्जा रूपांतरण; जीवों का प्रजनन और व्यक्तिगत विकास, पर्यावरण के साथ उनका संबंध और इसके लिए अनुकूलन क्षमता; शरीर, इसकी जैविक प्रकृति और सामाजिक सार के बारे में; स्वस्थ जीवन शैली के स्वच्छता और स्वच्छ मानक और नियम। (4.6)

इन कार्यों का कार्यान्वयन कार्यक्रमों और शैक्षिक पद्धति शिक्षा के माध्यम से किया जाता है। वर्तमान में, जीव विज्ञान में कई शैक्षिक और कार्यप्रणाली किट हैं। शिक्षक उनमें से किसी एक को चुन सकते हैं, क्षेत्रों की विशेषताओं, छात्रों के प्रशिक्षण के स्तर, स्कूल में शिक्षण की विशेषज्ञता को ध्यान में रखते हुए।

यह कार्यक्रम की पसंद पर निर्भर करता है कि छात्र किस क्रम में और कितनी गहराई से सामग्री का अध्ययन करेंगे।

सिवोग्लाज़ोव वी.आई. के कार्यक्रम के अनुसार, सुखोव टी.एस., कोज़लोवा टी.ए. शिक्षक के लिए पुस्तक में "जीव विज्ञान: सामान्य कानून" विषय "सूक्ष्मजीवों की जैव-रासायनिक गतिविधि" को एक अलग पाठ में एक स्वतंत्र के रूप में नहीं माना जाता है, लेकिन अन्य विषयों का एक अभिन्न अंग है। उदाहरण के लिए, "बायोकेनोज़ में प्रोकैरियोट्स का मूल्य, उनकी पारिस्थितिक भूमिका" विषय पर पाठ में, पृथ्वी पर कार्बनिक दुनिया में होने वाली सभी प्रक्रियाओं में बैक्टीरिया की भागीदारी जैसे मुद्दों का अध्ययन किया जाता है; पृथ्वी पर जीवन सुनिश्चित करने वाले पदार्थों के संचलन में बैक्टीरिया की भूमिका, साथ ही सबसे महत्वपूर्ण तत्वों के संचलन में बैक्टीरिया की भागीदारी। "प्रकृति में पदार्थों का चक्र" विषय पर पाठ में, अन्य प्रश्नों के साथ, नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया की गतिविधि, जिसके कारण वायुमंडलीय नाइट्रोजन को चक्र में शामिल किया जाता है, और इसमें भाग लेने वाले सूक्ष्मजीवों की गतिविधि पर विचार किया जाता है। कार्बन और सल्फर का चक्र भी माना जाता है।

आइए इन पाठों पर करीब से नज़र डालें।

बायोकेनोस में प्रोकैरियोट्स का महत्व, उनकी पारिस्थितिक भूमिका "

पाठ के लंगर बिंदु

आदिम जीवन रूपों के रूप में जीवाणु जो हर जगह रहते हैं: पानी में, मिट्टी में, भोजन में, पृथ्वी के सभी भौगोलिक क्षेत्रों में

पृथ्वी पर जैविक दुनिया में होने वाली सभी प्रक्रियाओं में बैक्टीरिया की भागीदारी

पृथ्वी पर जीवन प्रदान करने वाले पदार्थों के चक्र में जीवाणुओं की भूमिका

सबसे महत्वपूर्ण तत्वों के संचलन में जीवाणुओं की भागीदारी

रोग पैदा करने वाले जीवाणु, जंगली और सभ्य समाज में उनकी भूमिका

बैक्टीरिया और खाद्य प्रसंस्करण

कृषि में जीवाणुओं की भूमिका

साइनिया (नीला-हरा) - क्लोरोफिल युक्त सबसे पुराना जीव

जल निकायों के प्रदूषण की डिग्री के संकेतक के रूप में साइनाइड (नीला-हरा) की सूचक भूमिका।

कार्य:

1. हमारे ग्रह पर सभी संभावित प्रोकैरियोटिक आवासों का वर्णन करें।

2. बैक्टीरिया और साइनाइड (नीला-हरा) की "सर्वव्यापीता" को उनकी संरचना, शारीरिक प्रक्रियाओं और जीवन चक्रों की ख़ासियत से प्रमाणित करने के लिए।

3. प्रोकैरियोट्स की महत्वपूर्ण पारिस्थितिक भूमिका के बारे में छात्रों के ज्ञान का निर्माण करना।

प्रश्नों के उत्तर दें। पूर्ण कार्य:

1. जीवाणु कोशिका की संरचना क्या है?

2. जीवाणुओं की प्रजनन प्रक्रिया का वर्णन कीजिए।

3. नीले-हरे रंग में निहित किन संकेतों के आधार पर उन्हें प्रोकैरियोट्स के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है?

4. प्रकृति और मानव जीवन में जीवाणुओं की भूमिका का वर्णन करते हुए चित्र भरिए।

प्रकृति और मानव जीवन में बैक्टीरिया की भूमिका

1..... 3..... 5.....

जीवमंडल में एक विशाल भूमिका किसके द्वारा निभाई जाती है जलमंडल को आबाद करने वाले बैक्टीरिया, सबसे बड़ी सीमा तक वायुमंडल, स्थलमंडल। उनके प्रजनन और महत्वपूर्ण गतिविधि की गति जीवमंडल में पदार्थों के संचलन को प्रभावित करती है।

बुनियादी प्रावधान

1. जीवमंडल में जीव से जीव में, निर्जीव प्रकृति में और फिर से जीव में सक्रिय तत्वों का संचार होता रहता है। इस प्रक्रिया में सड़ने वाले जीवाणु मुख्य भूमिका निभाते हैं।

2. प्रोकैरियोट्स, तेजी से प्रजनन करने की उनकी क्षमता के कारण, अत्यधिक आनुवंशिक परिवर्तनशीलता और अनुकूलन क्षमता रखते हैं। बैक्टीरिया के कई समूहों को उनके खिलाए जाने और ऊर्जा का उपयोग करने के तरीके से अलग किया जाता है।

3. बैक्टीरिया के प्रत्येक समूह का विशेष पर्यावरणीय परिस्थितियों (महत्वपूर्ण गतिविधि की संकीर्ण विशेषज्ञता) के अनुकूलन इस तथ्य की ओर जाता है कि कुछ बैक्टीरिया उसी वातावरण में दूसरों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, मिट्टी में, पुटीय सक्रिय बैक्टीरिया कार्बनिक अवशेषों को विघटित करते हैं, अमोनिया छोड़ते हैं, जो अन्य बैक्टीरिया नाइट्रस और फिर नाइट्रिक एसिड में परिवर्तित हो जाते हैं। जीवमंडल में बैक्टीरिया द्वारा की जाने वाली सबसे बड़ी प्रक्रिया पृथ्वी के सभी निवासियों के सभी शवों के क्षय के दौरान अपघटन है।

संदर्भ

पानी, जिसमें 1 मिली में 10 बैक्टीरिया होते हैं, बादल नहीं, बल्कि पारदर्शी लगता है।

प्रतिबिंब प्रश्न ... एल पाश्चर ने बैक्टीरिया को "प्रकृति के महान कब्र खोदने वाले" क्यों कहा?

समीक्षा के लिए प्रश्न और कार्य।

1. हमारे ग्रह पर मृत व्यक्तियों के कार्बनिक पदार्थों का पूर्ण अपघटन किन जीवों के प्रभाव में होता है?

2. बैक्टीरिया के विनाश में कौन से पर्यावरणीय कारक योगदान कर सकते हैं?

3. तेल उत्पादों के साथ मृदा प्रदूषण का संपूर्ण बायोगेकेनोसिस की स्थिति पर नाटकीय नकारात्मक प्रभाव क्यों पड़ेगा?

4. बैक्टीरिया समूह से संबंधित क्यों हैं: किसी भी बायोगेकेनोसिस में डीकंपोजर?

5. रोगजनक बैक्टीरिया मैक्रोऑर्गेनिज्म (होस्ट) की स्थिति को कैसे प्रभावित कर सकते हैं?

6. जल निकायों में नीले-हरे रंग का सामूहिक प्रजनन किन मामलों में देखा जा सकता है? इससे क्या हो सकता है?

शिक्षक के लिए सूचना

बैक्टीरिया और सायन (नीला-हरा) हर जगह पाए जाते हैं। बैक्टीरिया के बीजाणु 20 किमी की ऊंचाई तक उड़ते हैं, अवायवीय बैक्टीरिया 3 किमी से अधिक की गहराई तक पृथ्वी की पपड़ी में प्रवेश करते हैं।

कुछ जीवाणुओं के बीजाणु -253 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर व्यवहार्य रहते हैं। एक ग्राम बैक्टीरिया में 600 अरब से ज्यादा बैक्टीरिया होते हैं। एक ग्राम मिट्टी में जीवाणुओं की संख्या करोड़ों में मापी जाती है।

अतिरिक्त कार्य

इस विषय पर एक निबंध लिखें: "पृथ्वी पर बैक्टीरिया के बिना एक सप्ताह।"

"सल्फर चक्र में प्रोकैरियोट्स की भागीदारी"

निज़नी नोवगोरोड 2010

परिचय

प्रोकैरियोट्स (बैक्टीरिया और आर्किया) पृथ्वी पर जीवन के लिए असाधारण महत्व के हैं - वे जीवन के लिए आवश्यक बुनियादी तत्वों (कार्बन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर, फास्फोरस) के चक्रीय परिवर्तनों में एक मौलिक भूमिका निभाते हैं। उन तत्वों के चक्रीय परिवर्तन जिनसे जीवित जीव निर्मित होते हैं, कुल मिलाकर, पदार्थों के संचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं। वर्तमान में, यह निर्विवाद रूप से सिद्ध हो गया है कि चक्र के कुछ चरण विशेष रूप से प्रोकैरियोट्स द्वारा किए जाते हैं, जो जीवमंडल में मुख्य बायोजेनिक तत्वों के चक्रों को बंद करना सुनिश्चित करते हैं। V.I के अनुसार। वर्नाडस्की (जीवमंडल के सिद्धांत के संस्थापकों में से एक), "जीवमंडल जीवन का खोल है - जीवित पदार्थ के अस्तित्व का क्षेत्र।"

1. सल्फर चक्र

सल्फर एक बायोजेनिक तत्व है, जो जीवित पदार्थ का एक आवश्यक घटक है। यह अमीनो एसिड की संरचना में प्रोटीन में निहित है, प्रोटीन में सल्फर सामग्री 0.8-2.4% है। सल्फर भी विटामिन, ग्लाइकोसाइड, कोएंजाइम का एक हिस्सा है, और वनस्पति आवश्यक तेलों में पाया जाता है। कोयले, शेल, तेल, प्राकृतिक गैसों में सल्फर पृथ्वी की पपड़ी में प्रचुर मात्रा में होता है।

सल्फर परिवर्तनशील संयोजकता वाले तत्वों से संबंधित है। यह उसे गतिशीलता प्रदान करता है। अकार्बनिक यौगिकों के रूप में, सल्फर ऑक्सीकृत रूप (सल्फेट्स, पॉलीथियोनेट्स), कम रूप (सल्फाइड) और आणविक, एक सक्रिय रेडॉक्स चक्र को अंजाम देता है। प्रकृति में, सल्फर विभिन्न प्रकार के रासायनिक और जैविक परिवर्तनों से गुजरता है, अकार्बनिक यौगिकों से कार्बनिक यौगिकों में जाता है और इसके विपरीत, इसकी वैधता को -2 से +6 तक बदलता है।

सल्फर यौगिकों के चक्रीय परिवर्तनों को सल्फर चक्र कहा जाता है।

सल्फर रूपांतरण चक्र में ऑक्सीकरण और कम करने वाली इकाइयाँ शामिल हैं, साथ ही इसकी वैधता को बदले बिना सल्फर रूपांतरण भी शामिल हैं। सल्फर चक्र के ऑक्सीडेटिव भाग में ऐसे चरण शामिल होते हैं जो स्थितियों के आधार पर हो सकते हैं, दोनों विशुद्ध रूप से रासायनिक रूप से और जीवों की भागीदारी के साथ, मुख्य रूप से सूक्ष्मजीव (ये ऐसे जीव हैं जो सूक्ष्म यूकेरियोट्स सहित नग्न आंखों के लिए अदृश्य हैं: कवक, शैवाल, प्रोटोजोआ और सभी प्रोकैरियोट्स)। इस प्रक्रिया में प्रोकैरियोट्स की प्रमुख भूमिका के साथ मुख्य रूप से जैविक साधनों द्वारा सल्फर चक्र का कम करने वाला हिस्सा किया जाता है, जबकि सल्फर परमाणु अधिकतम ऑक्सीकरण (+ 6) से अधिकतम कमी (-2) तक कम हो जाता है। हालांकि, यह प्रक्रिया हमेशा अंत तक नहीं जाती है, और अधूरे ऑक्सीकृत उत्पाद अक्सर माध्यम में पाए जाते हैं: मौलिक सल्फर, पॉलीथियोनेट, सल्फाइट।

इस प्रकार, सल्फर चक्र, साथ ही पदार्थों का चक्र, प्रोकैरियोट्स की भागीदारी के बिना असंभव है, जो बंद चक्र को सुनिश्चित करते हैं।

2. वसूली शाखा

सल्फेट आत्मसात।

सल्फेट का उपयोग लगभग सभी पौधों और सूक्ष्मजीवों द्वारा सल्फर के स्रोत के रूप में किया जाता है। आत्मसात करने के दौरान सल्फेट को कम किया जाता है ताकि सल्फर को कार्बनिक यौगिकों में शामिल किया जा सके, क्योंकि जीवित जीवों में सल्फर लगभग विशेष रूप से सल्फ़हाइड्रील (-SH) या डाइसल्फ़ाइड (-S-S-) समूहों के रूप में कम रूप में पाया जाता है। दोनों ही मामलों में, शरीर के विकास के लिए आवश्यक सल्फर युक्त पोषक तत्वों को ही आत्मसात किया जाता है, इसलिए कोई भी बरामद सल्फर चयापचय उत्पादों को पर्यावरण में नहीं छोड़ा जाता है। जैवसंश्लेषण के परिणामस्वरूप, सल्फर मुख्य रूप से सल्फर युक्त अमीनो एसिड की संरचना में शामिल होता है: सिस्टीन, सिस्टीन, मेथियोनीन। सल्फर युक्त कार्बनिक पदार्थों की संरचना में सल्फेट्स की भागीदारी को एसिमिलेशन सल्फेट कमी कहा जाता है।

कार्बनिक सल्फर यौगिकों का एच 2 एस बनाने के लिए परिवर्तन।

सल्फर मुख्य रूप से घुलनशील सल्फेट्स या कम कार्बनिक सल्फर यौगिकों के रूप में जीवित जीवों के लिए उपलब्ध है।

कार्बनिक सल्फर युक्त यौगिकों के खनिजकरण के दौरान, सल्फर को एच 2 एस के रूप में एक अकार्बनिक कम रूप में छोड़ा जाता है। अमोनीकरण में सक्षम सैप्रोफाइटिक सूक्ष्मजीव कार्बनिक सल्फर युक्त यौगिकों (जीवित प्राणियों के चयापचय उत्पादों) से सल्फर की रिहाई में भाग लेते हैं। , मृत पौधे और पशु अवशेष)। अमोनीकरण के दौरान, सल्फर युक्त प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड सीओ 2, यूरिया, कार्बनिक अम्ल, एमाइन और, जो सल्फर चक्र, एच 2 एस और मर्कैप्टन (थियो अल्कोहल) के लिए महत्वपूर्ण है, के निर्माण के साथ विघटित हो जाते हैं। एच 2 एस की रिहाई के साथ मर्कैप्टन को एरोबिक परिस्थितियों में भी ऑक्सीकृत किया जाता है।

सूक्ष्मजीवों द्वारा प्रोटीन का टूटना एक बाह्य प्रक्रिया के रूप में शुरू होता है। इस मामले में, प्रोटीन को छोटे अणुओं के लिए प्रोटोलिटिक एक्सोएंजाइम द्वारा हाइड्रोलाइज्ड किया जाता है जो कोशिका में प्रवेश कर सकते हैं और इंट्रासेल्युलर प्रोटीज द्वारा अमीनो एसिड में विभाजित हो जाते हैं, जो आगे दरार से गुजर सकते हैं।

सल्फेट और मौलिक सल्फर से एच 2 एस का प्रत्यक्ष गठन।

जीवमंडल में हाइड्रोजन सल्फाइड के निर्माण की प्रक्रिया मुख्य रूप से सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया की गतिविधि से जुड़ी होती है, जो वैश्विक सल्फर चक्र के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया असमान सल्फेट में कमी करते हैं, जो अवायवीय श्वसन है, जिसमें सल्फेट कार्बनिक पदार्थों या आणविक हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण के दौरान अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (ऑक्सीजन के बजाय) के रूप में कार्य करता है। इसलिए, सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया में ऊर्जा प्रकार के चयापचय को अक्सर सल्फेट श्वसन कहा जाता है। योजनाबद्ध रूप से, असमान सल्फेट में कमी के दौरान सल्फेट में कमी की प्रक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है: SO 4 2- → SO 3 2- → S 3 O 6 2- → S 2 O 3 2- → S 2-।

सल्फेट में कमी में शामिल एंजाइमेटिक सिस्टम में दो भाग होते हैं: पहला एटीपी-निर्भर प्रक्रिया में सल्फेट को सल्फाइट में कम कर देता है, और दूसरा सल्फाइट को छह-इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर द्वारा सल्फाइड को कम कर देता है। यह बाद की प्रतिक्रिया है, जो असमान है, जो ऊर्जा के साथ कोशिका की आपूर्ति करती है।

सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया मुख्य रूप से एनारोबिक बैक्टीरिया को बाध्य करते हैं। सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया की भू-रासायनिक भूमिका बहुत बड़ी है, क्योंकि उनकी गतिविधि के कारण, अवायवीय क्षेत्र में एक निष्क्रिय यौगिक - सल्फेट जैविक सल्फर चक्र में बड़े पैमाने पर शामिल होता है।

सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया की गतिविधि विशेष रूप से तालाबों और नदियों के तल पर, दलदलों में और समुद्र तट के साथ गाद में ध्यान देने योग्य है। चूंकि समुद्री जल में सल्फेट की सांद्रता अपेक्षाकृत अधिक होती है, इसलिए समुद्री उथले में कार्बनिक पदार्थों के खनिजकरण में सल्फेट की वसूली एक महत्वपूर्ण कारक है। इस तरह के खनिजकरण के संकेत एच 2 एस की गंध और पिच-काली कीचड़ है जिसमें यह प्रक्रिया होती है। कीचड़ का काला रंग इसमें बड़ी मात्रा में फेरस सल्फाइड की उपस्थिति के कारण होता है। कुछ तटीय क्षेत्र, जहां कार्बनिक पदार्थों के संचय से सल्फेट की विशेष रूप से तीव्र वसूली होती है, एच 2 एस के विषाक्त प्रभावों के कारण व्यावहारिक रूप से बेजान हैं।

सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया एक शारीरिक होते हैं, एक व्यवस्थित समूह नहीं, क्योंकि उनमें विभिन्न टैक्सोनोमिक समूहों के बैक्टीरिया शामिल होते हैं जो एक शारीरिक प्रक्रिया को अंजाम देने में सक्षम होते हैं - सल्फेट्स की उपस्थिति में अवायवीय श्वसन, उदाहरण के लिए, जेनेरा डेसल्फोविब्रियो (वाइब्रियोस) के बैक्टीरिया, डेसल्फोटोमैकुलम (बीजाणु बनाने वाली छड़ें)। आर्किया सल्फेट को कम करने वाले जीवों में भी पाए जाते हैं। सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया न केवल सल्फेट्स को कम करके, बल्कि थायोसल्फेट, सल्फाइट, मौलिक सल्फर और अन्य सल्फर यौगिकों से भी विकसित हो सकते हैं।

कुछ सल्फेट-घटाने वाले बैक्टीरिया के लिए, मुख्य रूप से नए प्रकार के सल्फर चयापचय को दिखाया गया है। ये बैक्टीरिया न केवल सल्फेट में कमी के कारण, बल्कि सल्फेट और सल्फाइड के गठन के साथ थायोसल्फेट, सल्फाइट, डाइथियोनाइट के अनुपातहीन होने के कारण भी कार्बनिक सब्सट्रेट पर बढ़ने पर ऊर्जा प्राप्त करने में सक्षम होते हैं।

थायोसल्फेट के अनुपातहीन होने की समग्र प्रतिक्रिया:

एस 2 ओ 3 2- + एच 2 0 → एसओ 4 2- + एचएस - + एच +

जाओ = - 21.9 केजे / एमओएल एस 2 ओ 3 2-

सल्फाइट के अनुपातहीनता की समग्र प्रतिक्रिया:

4SO 3 2- + H + → 3SO 4 2- + HS -

गो = - 58.9 kJ / mol SO 3 2-

यह पाया गया कि बैक्टीरिया जो थायोसल्फेट का अनुपातहीन करते हैं, समुद्री तलछट में व्यापक हैं।

मौलिक सल्फर की कमी के दौरान हाइड्रोजन सल्फाइड भी बन सकता है। आज, आणविक सल्फर से हाइड्रोजन सल्फाइड के निर्माण के लिए दो ज्ञात तंत्र हैं। पहले मामले में, बैक्टीरिया और आर्किया अवायवीय श्वसन (विघटनकारी सेरोइडक्शन) के दौरान एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में आणविक सल्फर का उपयोग करते हैं, जिसके दौरान एटीपी संश्लेषित होता है। डिसिमिलिटरी सीरोरडक्शन एक एंजाइमेटिक प्रक्रिया है जो मेसोफिलिक और थर्मोफिलिक प्रोकैरियोट्स दोनों द्वारा की जाती है। दूसरे मामले में, सूक्ष्मजीव (खमीर और प्रोकैरियोट्स) सल्फर का उपयोग केवल किण्वन के दौरान जारी इलेक्ट्रॉनों के निर्वहन के लिए करते हैं (फर्मेन्टेशन की सुविधा)। यह इलेक्ट्रॉनों का एक व्यर्थ (निष्क्रिय) निर्वहन है, जो एटीपी के संश्लेषण के साथ नहीं है।

हाइड्रोथर्मल वेंट में रहने वाले थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीवों के लिए हाइड्रोजन सल्फाइड में आणविक सल्फर की कमी का बहुत महत्व है, जहां मौलिक सल्फर सल्फर के सबसे महत्वपूर्ण रूपों में से एक है और जहां सल्फर यौगिक मूल रूप से ज्वालामुखी मूल के हैं। हाइड्रोथर्मल बायोकेनोज जीवित प्राणियों के अद्वितीय समुदाय हैं। उच्च तापमान (45-50 से 100 डिग्री सेल्सियस तक) पर विकसित होकर, वे मुख्य रूप से प्रोकैरियोट्स - बैक्टीरिया और आर्किया द्वारा बनते हैं। तरल पदार्थों के सूक्ष्मजीव समुदायों को बनाने वाले सूक्ष्मजीवों का भारी बहुमत कहीं और नहीं होता है। हाइड्रोथर्मल जल के माइक्रोबियल समुदायों को पृथ्वी का सबसे प्राचीन बायोकेनोज माना जाता है।

3. ऑक्सीकरण शाखा

सल्फर चक्र के इस भाग में पूरी तरह से अकार्बनिक सल्फर यौगिकों की प्रतिक्रियाएं शामिल हो सकती हैं: एस 2- → एनएस 2- → एस 0 → एस 2 ओ 3 2- → एसओ 3 2- → एसओ 4 2-, या कार्बनिक रूपों की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं . कार्बनिक सल्फाइड के सल्फर परमाणु को आमतौर पर एस 2 के रूप में अलग होने के बाद ऑक्सीकरण किया जाता है - अकार्बनिक पथ के माध्यम से, हालांकि शुद्ध रूप से कार्बनिक ऑक्सीकरण पथ भी संभव है, जब सल्फर परमाणु ऑक्सीकरण होता है, उदाहरण के लिए कार्बनिक यौगिकों की संरचना में होता है। , सिस्टीन → सिस्टीन। सल्फर यौगिकों की अधिकांश ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं मजबूत ऑक्सीडेंट (एच 2 ओ 2, ओ 3, ऑक्सीजन रेडिकल) की उपस्थिति में सूक्ष्मजीवों की भागीदारी के बिना आगे बढ़ सकती हैं, हालांकि, माइक्रोबियल ऑक्सीकरण अधिक प्रभावी है, खासकर अभिकर्मक की कम सांद्रता पर .

सल्फर यौगिकों के ऑक्सीकरण में सक्षम सूक्ष्मजीवों में, तीन मुख्य शारीरिक समूह हैं: अवायवीय फोटोट्रॉफिक बैक्टीरिया, एरोबिक और वैकल्पिक रूप से अवायवीय लिथोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया, आर्किया और विभिन्न हेटरोट्रॉफ़िक सूक्ष्मजीव।

अवायवीय फोटोट्रोफिक बैक्टीरिया।

यह बैक्टीरिया का एक विशिष्ट समूह है जो एच 2 ओ के बजाय इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में विभिन्न कम सल्फर यौगिकों का उपयोग करके अवायवीय (एनोक्सीजेनिक) प्रकाश संश्लेषण करता है, जैसा कि पौधों में एरोबिक (ऑक्सीजेनिक) प्रकाश संश्लेषण में होता है, साइनोबैक्टीरिया। कम सल्फर यौगिकों के सबसे आम ऑक्सीकरण उत्पाद SO 4 2- और S 0 हैं, बाद वाले कुछ फोटोट्रोफिक बैक्टीरिया में इंट्रासेल्युलर रूप से जमा हो सकते हैं।

एक व्यवस्थित सम्मान में, फोटोट्रोफिक बैक्टीरिया को कई समूहों में विभाजित किया जाता है: सल्फ्यूरिक और गैर-सल्फ्यूरिक बैंगनी और हरे बैक्टीरिया, हेलियोबैक्टीरिया, एरिथ्रोबैक्टीरिया (चित्र। 123)। प्रकाशपोषी जीवाणु रंजित होते हैं और भूरे, हरे, बैंगनी रंग के हो सकते हैं। एनोक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण करने वाले फोटोट्रॉफिक बैक्टीरिया में बैक्टीरियोक्लोरोफिल और कैरोटेनॉयड्स होते हैं, जो उन्हें उपयुक्त रंग देते हैं। झीलों, तालाबों, लैगून, खनिज स्प्रिंग्स जैसे उथले जल निकायों के अवायवीय जल स्तंभ में सल्फाइड के ऑक्सीकरण में ये बैक्टीरिया हावी हैं, जहां पर्याप्त प्रकाश प्रवेश करता है। एक अपवाद एरिथ्रोबैक्टीरिया है, जो एरोब को बाध्य करता है और एरोबिक स्थितियों के तहत एनोक्सीजेनिक प्रकार के प्रकाश संश्लेषण को अंजाम देता है।

लिथोट्रोफिक सल्फर-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया और आर्किया। सल्फर बैक्टीरिया और थियोनिक बैक्टीरिया।

कुछ प्रोकैरियोट्स कम सल्फर यौगिकों की उपस्थिति में लिथोट्रोफिक विकास में सक्षम हैं। लिथोट्रोफिक विकास के दौरान, कम सल्फर यौगिक या अन्य कम अकार्बनिक यौगिक (एनएच 3, एच 2, सीओ, फे 2+) ऊर्जा चयापचय में इलेक्ट्रॉन दाता होते हैं, यानी, जब वे इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में ऑक्सीकृत होते हैं, एटीपी संश्लेषित होता है। केवल प्रोकैरियोट्स ही लिथोट्रोफिक विकास में सक्षम हैं। लिथोट्रॉफ़िक सीरोज़-आश्रित प्रोकैरियोट्स में, कम सल्फर यौगिकों की ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करती हैं। विशिष्ट एंजाइम प्रणालियों की भागीदारी के साथ ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाएं की जाती हैं। लिथोट्रोफिक प्रोकैरियोट्स द्वारा विभिन्न सल्फर यौगिकों और स्वयं सल्फर के ऑक्सीकरण से आमतौर पर सल्फेट्स का निर्माण होता है। हालांकि, यह प्रक्रिया हमेशा अंत तक नहीं जाती है, और अपूर्ण रूप से ऑक्सीकृत उत्पाद (एस 0, एसओ 3 2-, एस 2 ओ 3 2-, एस 4 ओ 6 2-) अक्सर माध्यम में पाए जाते हैं। लिथोट्रॉफ़िक सीरोज़-आश्रित प्रोकैरियोट्स के समूह में मुख्य रूप से थियोनिक बैक्टीरिया के प्रतिनिधि शामिल हैं, अत्यंत थर्मोएसिडोफिलिक सीरोज़-आश्रित आर्किया, हाइड्रोजन बैक्टीरिया, रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया, साथ ही बैंगनी बैक्टीरिया के कुछ प्रतिनिधि जो सल्फर यौगिकों के ऑक्सीकरण के कारण लिथोट्रॉफ़िक विकास में सक्षम हैं। अंधेरा।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि हाइड्रोजन सल्फाइड स्प्रिंग्स और हाइड्रोजन सल्फाइड युक्त अन्य जलाशयों में, एक नियम के रूप में, बिना रंग के सूक्ष्मजीव बड़ी संख्या में पाए जाते हैं, जिनकी कोशिकाओं में सल्फर की बूंदें पाई जाती हैं। उन जगहों पर जहां हाइड्रोजन सल्फाइड की सांद्रता अपेक्षाकृत कम (50 मिलीग्राम / एल से कम) होती है, ऐसे सूक्ष्मजीव, जिन्हें रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया कहा जाता है, अक्सर फिल्मों, सफेद खिलने और अन्य दूषण के रूप में बड़े पैमाने पर जमा होते हैं। एस.एन. विनोग्रैडस्की (1887) ने साबित किया कि सल्फर बैक्टीरिया के विशिष्ट प्रतिनिधियों में से एक की कोशिकाओं में जमा सल्फर, अर्थात् बेगियाटोआ, हाइड्रोजन सल्फाइड से बनता है और इस सूक्ष्मजीव द्वारा सल्फ्यूरिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जा सकता है। एक व्यवस्थित सम्मान में, रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया स्पष्ट रूप से एक विषम समूह हैं, और सभी वर्णित प्रजातियों और यहां तक ​​​​कि जेनेरा को भी मजबूती से स्थापित नहीं माना जा सकता है। आकारिकी के संदर्भ में, गति की प्रकृति, प्रजनन की विधि और कोशिकाओं की संरचना, रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया के कई प्रतिनिधि, दोनों बहुकोशिकीय और एककोशिकीय (बेगियाटोआ, थियोथ्रिक्स, थियोस्पिरिलोप्सिस, थियोप्लोका, एक्रोमैटियम) नीले-हरे शैवाल के साथ बहुत समानता दिखाते हैं। कुछ शोधकर्ता, विशेष रूप से प्रिंग्सहेम (प्रिंग्सहेम, 1963), इन सूक्ष्मजीवों को उनके रंगहीन रूप मानते हैं। बेगियाटोआ का एनालॉग नीला-हरा शैवाल ऑसिलेटोरिया है, थियोथ्रिक्स - रिवुलरिया, थियोस्पिरिलोप्सिस - स्पिरुलिना, और अक्रोमैटियम सिंटिकोकोकस के समान है। चूंकि नीले-हरे शैवाल को अब बैक्टीरिया में स्थान दिया गया है, इसलिए रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया के साथ उनका तालमेल अधिक से अधिक उचित होता जा रहा है। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि कुछ नीले-हरे शैवाल में सल्फर को कोशिकाओं में जमा करने की क्षमता होती है, हालांकि यह विशेषता अकेले सूक्ष्मजीवों के वर्गीकरण के लिए बहुत कम करती है। रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया से संबंधित सूक्ष्मजीव ताजे और खारे जल निकायों दोनों में पाए जाते हैं। उनमें से कुछ कम तापमान पर अच्छी तरह से विकसित होते हैं, अन्य (थियोस्पिरिलम पिस्टिएन्स) 50 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर थर्मल सल्फर स्प्रिंग्स में विकसित होते हैं। मोबाइल रूपों में केमोटैक्सिस होता है और यह इष्टतम ऑक्सीजन और हाइड्रोजन सल्फाइड सामग्री वाले स्थानों पर जा सकता है।

अधिकांश तथाकथित थियोनिक बैक्टीरिया विशिष्ट कीमोआटोट्रॉफ़ हैं, अर्थात। वे कम सल्फर यौगिकों का उपयोग न केवल एच-डोनर्स के रूप में करते हैं, बल्कि ऊर्जा स्रोतों के रूप में भी करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करते हुए विशुद्ध रूप से खनिज मीडिया पर विकसित होने में सक्षम होते हैं। इस तरह के बैक्टीरिया को पहले नेपल्स की खाड़ी के पानी से अलग किया गया था (नटनसन, 1902) और इसे थियोबैसिलस (बेयरिंक, 1904) नाम मिला। आज तक, ऑटोट्रॉफ़िक थियोबैसिलस की कई प्रजातियों का वर्णन किया गया है, विभिन्न जल निकायों, मिट्टी, साथ ही साथ सल्फर और विभिन्न धातुओं के जमा से अलग।

कुछ के आधार पर, मुख्य रूप से शारीरिक, विशेषताएं (विभिन्न सल्फर यौगिकों और अन्य अकार्बनिक सब्सट्रेट्स को ऑक्सीकरण करने की क्षमता, कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करने के लिए, माध्यम के पीएच मान, ऑक्सीजन के अनुपात, आदि के आधार पर बढ़ने के लिए), थियोबैसिलस प्रजातियों की एक महत्वपूर्ण संख्या प्रतिष्ठित हैं। इनमें से, निम्नलिखित को सबसे अच्छी तरह से स्थापित माना जाता है: थियोबैसिलस थियोपरस, टी। थियोऑक्सिडन्स, टी। डेनिट्रिफिकैंस, टी। थियोसायनोक्सीडंस, टी। नेपोलिटनस, टी। इंटरमीडियस, टी। नॉवेलस, टी। फेरोक्सिडैनस। ये सभी सूक्ष्मजीव साधारण खनिज माध्यमों पर बढ़ते हैं, जहां अक्सर बाइकार्बोनेट मिलाया जाता है। नाइट्रोजन का स्रोत आमतौर पर अमोनियम लवण होता है। कुछ प्रजातियां और उपभेद नाइट्रोजन के स्रोत के रूप में नाइट्रेट को आत्मसात करने में सक्षम हैं। यूरिया और अमीनो एसिड का उपयोग करने के लिए अलग-अलग सदस्यों की क्षमता को भी दिखाया गया है। खारे जल निकायों से पृथक उपभेदों को विकास के लिए पैट्रियम क्लोराइड की आवश्यकता होती है, और हेलोफाइल्स ज्ञात हैं जो NaCl के संतृप्त घोल में विकसित हो सकते हैं। थियोबैसिलस जीनस के सबसे पृथक सूक्ष्मजीवों के विकास के लिए इष्टतम तापमान लगभग 30 डिग्री सेल्सियस है। हालांकि, प्राकृतिक परिस्थितियों में, वे थर्मल स्प्रिंग्स में 55 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर पाए जाते हैं। थियोबैसिलस सपा की एक शुद्ध संस्कृति। 50 डिग्री सेल्सियस पर इष्टतम वृद्धि के साथ।

पर्यावरण की अम्लता के संबंध में, थियोबैसिली को जीवों में विभाजित किया जाता है जो एक तटस्थ या यहां तक ​​कि क्षारीय प्रतिक्रिया के साथ अच्छी तरह से विकसित होते हैं, और प्रजातियां जो एसिडोफिलिक हैं, यानी। एक अम्लीय वातावरण में विकसित हो रहा है और बहुत कम पीएच मान का सामना कर रहा है।

पहले समूह में इस तरह की प्रजातियां शामिल हैं: टी। थियोपारस, टी। डेनिट्रिफिकैंस, टी। नॉवेलस, टी। थियोसायनोक्सीडंस, टी। नेपोलिटनस। इन सूक्ष्मजीवों के लिए, इष्टतम पीएच मान 6.0–9.0 की सीमा के भीतर आता है, और पीएच मानों की सीमा जिस पर उनकी वृद्धि संभव है, 3.0–6.0 से 10.0–11.0 तक है, और विभिन्न प्रजातियों और उपभेदों के लिए इष्टतम पीएच मान है। और। सक्रिय अम्लता का क्षेत्र जिसमें उनकी वृद्धि देखी जाती है, स्पष्ट रूप से भिन्न हो सकते हैं।

दूसरे समूह में टी। थियोऑक्सिडन्स, टी। फेरोक्सिडन्स, टी। इंटरमीडियस शामिल हैं। इन सूक्ष्मजीवों के लिए, इष्टतम पीएच 2.0–4.0 है, और पीएच पर 0.5–2.0 से 5.0–7.0 तक वृद्धि संभव है। पहली दो प्रजातियां सबसे अधिक एसिडोफिलिक जीव हैं। ये दोनों बैक्टीरिया पीएच मान पर 5.0 से अधिक नहीं बढ़ते हैं। इसी समय, यह दिखाया गया था कि टी। थियोऑक्सिडन्स 0 के करीब पीएच मान पर व्यवहार्यता बनाए रखता है, जो 1.0 एन से मेल खाती है। सल्फ्यूरिक एसिड समाधान। यह शायद शोधकर्ताओं के लिए ज्ञात सबसे अधिक एसिडोफिलिक सूक्ष्मजीव है।

अधिकांश थियोनिक बैक्टीरिया केवल ऑक्सीजन की उपस्थिति में बढ़ते हैं, हालांकि कुछ प्रतिनिधियों की वृद्धि कम ऑक्सीजन सामग्री पर संभव है। लेकिन ऐच्छिक अवायवीय भी ज्ञात हैं। इनमें टी. denitrificans शामिल हैं। एरोबिक स्थितियों के तहत, ये बैक्टीरिया आणविक ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं करते हैं, अवायवीय स्थितियों में वे अनाइट्रीकरण पर स्विच करते हैं और नाइट्रेट को आणविक नाइट्रोजन में कम करते हैं। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि पैराकोकस डेनिट्रिफिकैंस की तरह टी. डेनिट्रिफंस, नाइट्रोजन स्रोतों के रूप में नाइट्रेट्स को आत्मसात नहीं कर सकते हैं और नाइट्रोजन स्रोत के रूप में अमोनियम को विकसित करने की आवश्यकता होती है।

थियोनिक बैक्टीरिया सल्फर यौगिकों जैसे हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फाइड, सल्फाइट, थियोसल्फेट, टेट्राथियोनेट, थियोसाइनाग (थियोसाइनेट), डाइथियोनाइट, साथ ही साथ आणविक सल्फर के ऑक्सीकरण में सक्षम होते हैं, जब वे पूरी तरह से ऑक्सीकृत हो जाते हैं। हालांकि, व्यक्तिगत प्रजातियों की क्षमताएं काफी समान नहीं हैं। इसके अलावा, यह स्थापित करना हमेशा आसान नहीं होता है कि कौन से सल्फर यौगिक जैविक रूप से ऑक्सीकृत होते हैं, क्योंकि उनमें से कई कम पीएच मानों पर अस्थिर होते हैं और वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत भी हो सकते हैं।

पर्यावरण की एक तटस्थ और क्षारीय प्रतिक्रिया में बढ़ने वाली सभी प्रजातियां, एक नियम के रूप में, हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फर और थायोसल्फेट का ऑक्सीकरण करती हैं। टी। थियोसायनोक्सीडंस की एक विशेषता विशेषता थायोसाइनेट को ऑक्सीकरण करने की क्षमता है। इस आधार पर, इसे एक अलग प्रजाति के रूप में प्रतिष्ठित किया जाता है, क्योंकि अन्य तरीकों से यह सूक्ष्मजीव टी। थियोपरस के समान है। एक एसिडोफिलिक जीवाणु जैसे टी। थियोऑक्सिडन्स आमतौर पर आणविक सल्फर युक्त माध्यम पर सुसंस्कृत होते हैं। हाइड्रोजन सल्फाइड और अन्य सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने के लिए इस प्रजाति की क्षमता का प्रश्न अंततः हल नहीं हुआ है, क्योंकि ये यौगिक अम्लीय परिस्थितियों में अस्थिर हैं। टी. फेरोक्सिडन्स के संबंध में, इस बात के प्रमाण हैं कि ये बैक्टीरिया आणविक सल्फर और इसके विभिन्न यौगिकों, दोनों का ऑक्सीकरण कर सकते हैं, अर्थात्: हाइड्रोजन सल्फाइड, थायोसल्फेट, डाइथियोनाइट, टेट्रासल्फेट, सल्फाइट। इसके अलावा, टी। फेरोक्सिडन्स भारी धातु सल्फाइड के ऑक्सीकरण में सक्रिय रूप से शामिल हैं, जो पानी में अघुलनशील हैं। इनमें पाइराइट (FeS2), चेल्कॉपीराइट (CuFeS2), एंटीमोनाइट (SbS2), चेल्कोसाइन (Cu2S), कैवेलिन (CuS), पाइरोटाइट (FeS), रियलगर (AsS), वायलेराइट (Ni2FeS4), आदि जैसे खनिज शामिल हैं। अन्य थियोनिक बैक्टीरिया या तो ऐसी संभावना नहीं है, या इसे कमजोर रूप से व्यक्त किया गया है।

टी. फेरोक्सिडन्स की एक विशिष्ट विशेषता लौह लौह को लौह लौह में ऑक्सीकृत करने की क्षमता भी है। इस आधार पर, इन जीवाणुओं को लौह जीवाणु माना जा सकता है, हालांकि वे जीनस थियोबैसिलस से संबंधित हैं।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, थियोनिक बैक्टीरिया द्वारा आणविक सल्फर और इसके विभिन्न यौगिकों के ऑक्सीकरण का अंतिम उत्पाद सल्फेट है। यदि प्रक्रिया इस प्रकार चलती है, अर्थात्। मूल सब्सट्रेट का पूर्ण ऑक्सीकरण होता है, तो इसके परिणाम निम्नलिखित समीकरणों में परिलक्षित होते हैं। हाइड्रोजन सल्फाइड का ऑक्सीकरण करते समय:

एरोबिक परिस्थितियों में सल्फर और थायोसल्फेट का ऑक्सीकरण करते समय:

नाइट्रेट्स के उपयोग के कारण अवायवीय परिस्थितियों में सल्फर और थायोसल्फेट टी। डेनिट्रिफिशंस के ऑक्सीकरण में:

टी। थायोसायनोक्सीडंस थायोसाइनाइड के ऑक्सीकरण के दौरान:

हालांकि, ऑक्सीकरण अक्सर अधूरा होता है, और विभिन्न अधूरे ऑक्सीकृत उत्पाद माध्यम में पाए जाते हैं। इस प्रकार, हाइड्रोजन सल्फाइड के ऑक्सीकरण के दौरान, आणविक सल्फर कभी-कभी प्रकट होता है, और थायोसल्फेट और पॉलीथियोनेट भी पाए गए हैं। बैक्टीरिया द्वारा आणविक सल्फर के ऑक्सीकरण के दौरान, थायोसल्फेट और पॉलीथियोनेट्स की उपस्थिति नोट की गई थी। थायोसल्फेट का ऑक्सीकरण भी अक्सर पॉलीथियोनेट्स (ट्रिथियोनेट, टेट्राथियोनेट, पेटैथियोपेट) और मौलिक सल्फर के गठन के साथ होता है। सल्फाइट भी अपूर्ण रूप से ऑक्सीकृत उत्पादों से संबंधित है। लेकिन ये सभी यौगिक एंजाइमी प्रक्रियाओं का परिणाम नहीं हो सकते हैं और वास्तव में मूल सब्सट्रेट के बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकरण के मध्यवर्ती उत्पादों से संबंधित हैं। उनमें से कुछ, जाहिरा तौर पर, विशुद्ध रूप से रासायनिक तरीके से या साइड बायोलॉजिकल प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनते हैं। इसलिए, सूक्ष्मजीवों द्वारा विभिन्न सल्फर यौगिकों के ऑक्सीकरण के तरीकों की व्याख्या करना बहुत मुश्किल है, और किसी भी तरह से अब तक सभी प्रतिक्रियाओं को स्पष्ट नहीं किया गया है।

सल्फाइड के परिवर्तन के पहले चरण की प्रकृति पर अभी भी बहुत कम डेटा है और यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया गया है कि सल्फर इसके ऑक्सीकरण का प्रत्यक्ष या उप-उत्पाद है या नहीं।

बैक्टीरिया द्वारा मौलिक सल्फर के उपयोग का प्रश्न बहुत जटिल है, और इसके दो पहलू हैं: सूक्ष्मजीव इस जल-अघुलनशील पदार्थ पर कैसे कार्य करते हैं और ऑक्सीकरण प्रक्रिया स्वयं कैसे होती है।

सल्फर पर थायोबैसिलस की क्रिया के तंत्र के संबंध में दो दृष्टिकोण हैं।

1. बैक्टीरिया द्वारा सल्फर के ऑक्सीकरण के लिए, यह कोशिकाओं के सीधे संपर्क में होना चाहिए।

2. सल्फर का उपयोग बैक्टीरिया द्वारा लिपिड प्रकृति के पदार्थों में प्रारंभिक विघटन के बाद किया जाता है, जो उनके द्वारा पर्यावरण में छोड़े जाते हैं।

जब T. thiooxidans आणविक सल्फर वाले माध्यम पर बढ़ता है, तो माध्यम में फॉस्फोलिपिड पाए जाते हैं। कुछ आंकड़ों के अनुसार, यह फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल है, दूसरों के अनुसार, कुछ अलग यौगिक (फॉस्फेटिडिल-एन-मिथाइलएथेनॉल, फॉस्फेटिडिलग्लिसरॉल, डिफॉस्फेटिडिलग्लिसरॉल), और उनका संचय फसलों के सक्रिय विकास के चरण के साथ मेल खाता है। फिर भी, दूसरी धारणा को सिद्ध नहीं माना जा सकता है। यह संभावना है कि बैक्टीरिया द्वारा सल्फर के ऑक्सीकरण के लिए, कोशिकाओं के साथ संपर्क करना और सल्फर को "गीला" करने वाले कुछ पदार्थों को छोड़ना भी महत्वपूर्ण है।

सल्फर ऑक्सीकरण के मार्ग के लिए, डेटा भी बल्कि विरोधाभासी हैं। सबसे अधिक संभावना निम्नलिखित योजना है, जो हाइड्रोजन सल्फाइड के ऑक्सीकरण के लिए भी स्वीकार्य है:

यह माना जाता है कि एक्स या तो एक ग्लूटाथियोन व्युत्पन्न है जिसके साथ हाइड्रोजन सल्फाइड या सल्फर प्रतिक्रिया करता है, या कोशिका झिल्ली से बंधे थियोल। थायोसल्फेट के गठन को एक गैर-एंजाइमी प्रक्रिया के रूप में माना जाता है जो बैक्टीरिया की भागीदारी के बिना हो सकता है।

बड़ी संख्या में अध्ययन थायोसल्फेट के ऑक्सीकरण के अध्ययन के लिए समर्पित हैं। संपूर्ण कोशिकाओं और विभिन्न प्रकार के थायोबैसिली की अकोशिकीय तैयारी के साथ किए गए प्रयोगों के डेटा से पता चलता है कि थायोसल्फेट रूपांतरण का प्रारंभिक चरण या तो हाइड्रोजन सल्फाइड और सल्फाइट के निर्माण के साथ रिडक्टेस की कार्रवाई के तहत इसकी कमी से जुड़ा हो सकता है:

या मौलिक सल्फर और सल्फाइट को विभाजित करने के साथ:

या, अंत में, ऑक्सीकरण के साथ टेट्राथियोनेट और फिर ट्राइथियोनेट और सल्फाइट में रूपांतरण:

हालांकि, यह माना जाता है कि थायोसल्फेट के रूपांतरण के लिए बाद वाला मार्ग मुख्य नहीं है। सल्फाइट के गठन के साथ थायोसल्फेट की दरार के लिए, इस तरह की प्रतिक्रिया रोडोनेज द्वारा की जा सकती है, जो सल्फर को थियोसाइनेट के रूप में बांधती है:

यह न केवल थियोनिक और अन्य बैक्टीरिया में, बल्कि जानवरों में भी व्यापक है। हालांकि, यह एंजाइम थायोसल्फेट के चयापचय में थियोनिक बैक्टीरिया द्वारा शामिल है या नहीं, यह निर्णायक रूप से स्थापित नहीं किया गया है।

सल्फाइट ऑक्सीकरण के मार्ग का अधिक अध्ययन किया गया है। पेक की प्रयोगशाला में टी. थियोपारस के साथ किए गए कार्य से पता चलता है कि सल्फाइट एडीनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी) के साथ परस्पर क्रिया करके एडिनिल सल्फेट या एडेनोसिन फॉस्फोसल्फेट (एपीएस) नामक यौगिक बनाता है। अगले चरण में, एपीएस और अकार्बनिक फॉस्फेट (एफएन) के बीच एडेनोसिन डिपोस्फेट (एडीपी) के गठन और मुक्त सल्फेट की रिहाई के साथ एक प्रतिक्रिया होती है:

एंजाइम एडिनाइलेट किनेज की क्रिया के परिणामस्वरूप, दो एडीपी अणुओं को एटीपी में परिवर्तित किया जा सकता है और फिर से एएमपी दे सकते हैं:

इस प्रकार, सल्फाइट ऑक्सीकरण का यह मार्ग तथाकथित सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण के परिणामस्वरूप ऊर्जा (एटीपी) के उत्पादन से जुड़ा है। इसी समय, सल्फाइट ऑक्सीकरण की प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनों के श्वसन श्रृंखला में स्थानांतरण के साथ हो सकती है, जिसका कामकाज एटीपी के संश्लेषण से जुड़ा हुआ है।

टी। थियोपरस सहित कई थियोनिक बैक्टीरिया के लिए, यह दिखाया गया है कि एपीएस के गठन के बिना सल्फाइट का ऑक्सीकरण संभव है, एक सल्फाइट-ऑक्सीकरण एंजाइम की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, जो श्वसन में इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को सुनिश्चित करता है। साइटोक्रोम स्तर पर श्रृंखला:

यह संभव है कि सल्फाइट और अन्य सल्फर यौगिकों के ऑक्सीकरण के लिए अलग-अलग मार्ग एक ही जीव में कार्य कर सकते हैं, और एक या दूसरे का महत्व पर्यावरणीय परिस्थितियों और अन्य कारकों पर निर्भर करता है। आज तक उपलब्ध आंकड़ों के आधार पर, थायोनिक बैक्टीरिया द्वारा विभिन्न सल्फर यौगिकों के ऑक्सीकरण को निम्नलिखित सामान्यीकृत योजना द्वारा दर्शाया जा सकता है।

थियोनिक बैक्टीरिया के इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणालियों के घटकों के लिए, फिर, सभी आंकड़ों के अनुसार, वे हमेशा विभिन्न प्रजातियों में टाइप सी साइटोक्रोम शामिल करते हैं। टाइप बी के साइटोक्रोम भी पाए गए और, जाहिरा तौर पर, इसका प्रकार, जिसे साइटोक्रोम ओ कहा जाता है, और कुछ प्रतिनिधियों में, साइटोक्रोमेस ए और डी। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली में स्पष्ट रूप से फ्लेवोप्रोटीन और यूबिकिनोन शामिल हैं। लेकिन थियोनिक बैक्टीरिया की श्वसन श्रृंखला, जो नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के रूप में ऑक्सीजन को इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को सुनिश्चित करती है, अपेक्षाकृत कम है, क्योंकि ऑक्सीकरण योग्य सब्सट्रेट्स में उच्च रेडॉक्स क्षमता होती है। इसलिए, इन सूक्ष्मजीवों के लिए, थर्मोडायनामिक ग्रेडिएंट (रिवर्स इलेक्ट्रॉन रीवायरिंग) के खिलाफ एक इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा-निर्भर हस्तांतरण का बहुत महत्व है। यह कम NAD का निर्माण प्रदान करता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य रचनात्मक प्रक्रियाओं को आत्मसात करने के लिए आवश्यक है। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणालियों और इलेक्ट्रॉन परिवहन मार्गों के घटकों में न केवल थियोपिक बैक्टीरिया के विभिन्न प्रतिनिधियों में निश्चित अंतर हो सकता है, बल्कि सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण की प्रकृति पर भी निर्भर करता है। इसलिए, सामान्यीकृत योजना (चित्र। 140) बल्कि मनमाना है।

विभिन्न लेखकों द्वारा गणना के अनुसार, थियोनिक बैक्टीरिया द्वारा मुक्त ऊर्जा उपयोग की दक्षता 2 से 37% तक होती है। अन्य कीमोऑटोट्रॉफ़्स की तरह, थियोनिक बैक्टीरिया मुख्य रूप से केल्विन चक्र के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करते हैं। लेकिन उनमें अन्य कार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रियाओं को करने की क्षमता भी होती है जो कुछ चयापचयों के निर्माण के लिए आवश्यक होती हैं।

अत्यधिक थर्मोएसिडोफिलिक सीरोज़-आश्रित आर्किया भी मौलिक सल्फर की उपस्थिति में लिथोट्रॉफ़िक विकास में सक्षम हैं और 40-100 डिग्री सेल्सियस और पीएच 1-6 पर विकसित हो सकते हैं; वे हाइड्रोथर्मल वेंट और ज्वालामुखी काल्डेरा के निवासी हैं।

हेटरोट्रॉफ़िक सल्फर-ऑक्सीकरण सूक्ष्मजीव (जीव जो पोषण के लिए कार्बनिक पदार्थों का उपयोग करते हैं)।

विभिन्न अकार्बनिक सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने के लिए कुछ बाध्यकारी हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया, यीस्ट और माइक्रोमाइसेट्स की क्षमता लंबे समय से जानी जाती है, हालांकि हेटरोट्रॉफ़ के चयापचय में इन प्रतिक्रियाओं का महत्व अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया गया है। हेटरोट्रॉफ़िक सल्फर-ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया में, स्यूडोमोनैड समूह की प्रजातियां प्रबल होती हैं, थायोसल्फेट के अधूरे ऑक्सीकरण को टेट्राथियोनेट तक ले जाती हैं।

यहां तक ​​कि एस.एन. विनोग्रैडस्की ने उल्लेख किया (1887-1889) कि रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया बहुत कम मात्रा में कार्बनिक पदार्थों वाले पानी में विकसित हो सकते हैं, और इसलिए यह माना जाता है कि वे कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने में सक्षम हैं। बेगियाटोआ के विभिन्न उपभेदों के शरीर विज्ञान के अध्ययन के आधार पर, प्रिंग्सहाइम का मानना ​​​​है कि उनमें से ऑटोट्रॉफ़ हैं जो हाइड्रोजन सल्फाइड को ऑक्सीकरण करते हैं और सीओ 2 को ठीक करते हैं, और ऐसे प्रतिनिधि हैं जिन्हें कार्बनिक यौगिकों की आवश्यकता होती है। हालांकि, बेगियाटोआ के कई विषमपोषी उपभेद कार्बनिक यौगिकों की उपस्थिति में हाइड्रोजन सल्फाइड का ऑक्सीकरण करते हैं, संभवतः ऊर्जा के उत्पादन के साथ, अर्थात। वे केमोलिथोहेटरोट्रॉफ़ हैं। रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया के साथ, विशिष्ट विषमपोषी सूक्ष्मजीव हाइड्रोजन सल्फाइड, आणविक सल्फर और थायोसल्फेट के ऑक्सीकरण में भाग लेने के लिए जाने जाते हैं। इनमें बैसिलस, स्यूडोमोनास, अक्रोमोबैक्टर, स्फेरोटिलस, साथ ही एक्टिनोमाइसेट्स, मोल्ड्स (पेनिसिलियम ल्यूटियम, एस्परगिलस नाइजर), यीस्ट और अल्टरनेरिया के प्रतिनिधि शामिल हैं। उनमें से कुछ, विशेष रूप से फिलामेंटस बहुकोशिकीय जीवाणु स्फेरोटिलस नटान, हाइड्रोजन सल्फाइड की उपस्थिति में कोशिकाओं में सल्फर जमा करते हैं। अन्य (स्यूडोमोनास एरुगिनोसा, Ps. Fluorescens, Achromobacter stuzeri) थायोसल्फेट को टेट्राथियोनेट (Na2S4O6) में ऑक्सीकृत करने में सक्षम हैं। मौलिक सल्फर पर हेटरोट्रॉफ़िक सूक्ष्मजीवों की मिश्रित संस्कृतियों के प्रभाव में पॉलीथियोनेट और सल्फेट का गठन भी नोट किया गया था। ऑक्सीकरण की क्रियाविधि और विषमपोषियों के लिए इस प्रक्रिया का जैविक महत्व अस्पष्ट है। कुछ हेटरोट्रॉफ़िक रंगहीन सल्फर बैक्टीरिया हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने में सक्षम हैं, कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान कोशिकाओं में गठित एक सुपरऑक्साइड रेडिकल: एच 2 ओ 2 + एच 2 एस → एस 0 + 2 एच 2 ओ। इस प्रक्रिया का शारीरिक अर्थ अपूर्ण ऑक्सीजन कमी (एच 2 ओ 2, ओ 2-) के विषाक्त उत्पादों का विषहरण है।

सल्फर यौगिकों का सल्फेट में पूर्ण ऑक्सीकरण मौलिक सल्फर से समृद्ध मिट्टी में रहने वाले माइक्रोमाइसेट्स की अधिक विशेषता है। सूक्ष्म कवक एस्परगिलस, पेनिसिलियम, ट्राइकोडर्मा, फुसैरियम, म्यूकोर और ऑरोबैसिडियम की कुछ प्रजातियों के लिए, मौलिक सल्फर, थायोसल्फेट और यहां तक ​​​​कि धातु सल्फाइड को सल्फेट में ऑक्सीकरण करने की क्षमता दिखाई गई है, लेकिन इस तरह के ऑक्सीकरण की दर एक से दो आदेश है। लिथोट्रोफिक बैक्टीरिया की तुलना में कम परिमाण का।

सल्फर चक्रीय परिवर्तन सूक्ष्मजीव

निष्कर्ष

हाल के दशकों में, प्राकृतिक सल्फर चक्र एक बढ़ते मानवजनित प्रभाव के अधीन रहा है, जिससे जहरीले सल्फर यौगिकों का संचय होता है और प्राकृतिक सल्फर चक्र का संतुलन बिगड़ जाता है। विशेष रूप से, सल्फर यौगिकों के बड़े पैमाने पर उत्सर्जन के परिणामस्वरूप, थर्मल पावर प्लांटों द्वारा उत्सर्जित सल्फर डाइऑक्साइड, लुगदी और कागज और धातुकर्म उद्यमों द्वारा उत्सर्जित जीवाश्म ईंधन, हाइड्रोजन सल्फाइड और वाष्पशील कार्बनिक सल्फाइड, साथ ही साथ नगरपालिका और कृषि का अपघटन। अपशिष्ट जल बनते हैं। ये यौगिक माइक्रोग्राम सांद्रता में भी जहरीले होते हैं। वे हवा में जहर घोलने, वायुमंडलीय रसायन विज्ञान को प्रभावित करने और पानी में घुलने वाली ऑक्सीजन की कमी पैदा करने में सक्षम हैं।

इसलिए, सल्फर यौगिकों के रूपांतरण में शामिल प्रोकैरियोट्स का उपयोग, जहरीले सल्फर यौगिकों का विषहरण, बहुत प्रासंगिक लगता है। इसके अलावा, सूक्ष्मजीवों की अत्यधिक उच्च उत्प्रेरक गतिविधि का कारण यह है कि वे पृथ्वी की सतह पर होने वाले रासायनिक परिवर्तनों में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। अपने छोटे आकार के कारण, सूक्ष्मजीवों, जानवरों और उच्च पौधों की तुलना में, उच्च सतह-से-आयतन अनुपात होता है, जिससे कोशिका और पर्यावरण के बीच सब्सट्रेट और उत्सर्जन उत्पादों का तेजी से आदान-प्रदान होता है।

महत्वपूर्ण कारक भी अनुकूल परिस्थितियों में उनके प्रजनन की उच्च दर और पूरे जीवमंडल में व्यापक वितरण हैं। हालांकि, बायोजेनिक तत्वों के परिवर्तन में प्रोकैरियोट्स के असाधारण महत्व के बावजूद, पदार्थों के चक्र में और विशेष रूप से सल्फर चक्र में प्रोकैरियोट्स की गतिविधि के पैमाने का अभी तक पूरी तरह से अनुमान नहीं लगाया गया है।

साहित्य

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ग्रह का जीवमंडल एक एकल मेगा-जीव है, जिसके हिस्से सामंजस्यपूर्ण रूप से परस्पर जुड़े हुए हैं। जीवन की सभी विविधता दो राज्यों में विभाजित है - प्रोकैरियोट्स (प्रीन्यूक्लियर जीव) और यूकेरियोट्स (एक नाभिक वाले)। ओवरकिंग्स को जीवित राज्यों में विभाजित किया गया है:

• वायरस;
• जीवाणु;
• मशरूम;
• पौधे;
• जानवरों।

जीवाणुओं का साम्राज्य, विषाणुओं के साम्राज्य के साथ, प्रोकैरियोट्स के सुपर किंगडम - परमाणु-मुक्त जीवों में एकजुट हो गया है। ऐतिहासिक रूप से, यह ग्रह पर जीवित जीवों का पहला सोपानक है।

लगभग 3.8 अरब साल पहले जीवित एककोशिकीय जीव दिखाई दिए। लगभग एक अरब वर्षों तक, वे ग्रह के एकमात्र जीवित निवासी थे - उन्होंने सफलतापूर्वक पुनरुत्पादन, विकास और अनुकूलन किया। उनकी महत्वपूर्ण गतिविधि का परिणाम ग्रह के वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति थी, जिसने बहुकोशिकीय जीवों - मशरूम, पौधों, फूलों और जानवरों के जन्म की अनुमति दी।

आजकल, जीवित जीवाणु हर जगह रहते हैं: दुर्लभ वायुमंडलीय परतों से लेकर सबसे गहरी समुद्री खाइयों तक, वे आर्कटिक बर्फ और थर्मल गीजर में रहते हैं। बैक्टीरिया न केवल खाली जगह में बस गए हैं - वे अन्य जीवों के अंदर बहुत अच्छा महसूस करते हैं, चाहे वे मशरूम, पौधे या जानवर हों।

प्रकृति में, सभी जानवर और मनुष्य कोई अपवाद नहीं हैं, जो कि रहने वाले रोगाणुओं के लिए एक निवास स्थान हैं:

• त्वचा;
• मुंह;
• आंत

शोधकर्ताओं ने पाया है कि मानव शरीर में रहने वाले सूक्ष्मजीवों की कोशिकाओं की संख्या उसकी अपनी कोशिकाओं की संख्या से 10 गुना अधिक है। ऐसे उच्च मात्रात्मक संकेतकों के बावजूद, शरीर में रहने वाले बैक्टीरिया का वजन 2 किलो से अधिक नहीं होता है - सेल आकार में एक महत्वपूर्ण अंतर प्रभावित करता है।

जीवाणु साम्राज्य के जीवित प्रतिनिधियों की असंख्य प्रजातियां हैं, लेकिन वे सभी समान हैं:

• एक स्पष्ट नाभिक की कमी;
• बहुत छोटा (पौधे और जंतु कोशिकाओं की तुलना में) कोशिका का आकार;
• जैविक इकाई स्वयं कोशिका है, उनके संयोजन के मामले में, हम बैक्टीरिया के एक उपनिवेश के बारे में बात कर रहे हैं।

यह जीवाणु साम्राज्य के प्रतिनिधि थे जिन्होंने कवक, पौधों और जानवरों की उपस्थिति को संभव बनाया। ग्रह पर दिखाई देने के बाद, सूक्ष्मजीव न केवल मौजूदा परिस्थितियों के अनुकूल हुए - उन्होंने गुणात्मक रूप से नई विशेषताओं का निर्माण करते हुए, सक्रिय रूप से अपने निवास स्थान को बदल दिया।

प्रकृति में नाइट्रोजन और कार्बन का चक्र विशेष रूप से सूक्ष्मजीवों के कारण होता है। वैज्ञानिकों ने पाया है कि यदि जीवमंडल से रोगाणुओं को हटा दिया जाए, तो ग्रह पर जीवन जीवित नहीं रह पाएगा।

बायोस्फेरिक चक्रों में प्रोकैरियोट्स की भूमिका

ग्रह पर जीवन की उत्पत्ति के समय, जीवाणु साम्राज्य के प्रतिनिधियों ने जीवमंडल के निर्माण में सक्रिय भाग लिया। आधुनिक जीवमंडल को कामकाज के स्तर को बनाए रखने के लिए सूक्ष्मजीवों की आवश्यकता होती है - प्रकृति में ऊर्जा और पदार्थ का संचलन रोगाणुओं द्वारा प्रदान किया जाता है।

जैवमंडलीय प्रक्रियाओं में जीवित रोगाणुओं की प्रमुख भूमिका के उदाहरण एक उपजाऊ मिट्टी की परत का निर्माण और रखरखाव है।

गैसीय और ऑक्सीडेटिव कार्यों के अलावा, सूक्ष्मजीवों के भू-रासायनिक कार्य तेजी से महत्वपूर्ण होते जा रहे हैं। एंजाइमी गतिविधि और एकाग्रता कार्यों का ग्रह के भू-रसायन पर एक ठोस प्रभाव पड़ता है।

सूक्ष्मजीवों की प्रजाति विविधता

जीवाणु साम्राज्य के प्रतिनिधियों ने जीवमंडल के सभी स्तरों पर निवास किया है, और रोगाणुओं की उपस्थिति से वे ग्रह के जीवमंडल की ऊपरी और निचली सीमाओं का निर्धारण करते हैं। भौतिक मापदंडों में इतने भिन्न वातावरण में रहते हुए, रोगाणु कई विशेषताओं में भिन्न होते हैं।

1. एक जीवित जीवाणु कोशिका के आकार के अनुसार:
   • गोलाकार कोक्सी;
   • रॉड के आकार का;
   • जटिल, विब्रियोस और स्पाइरोकेट्स में विभाजित।
2. वैसे तो शरीर अंतरिक्ष में चलता है:
   • फ्लैगेला के बिना (ब्राउनियन के समान अराजक आंदोलन);
   • फ्लैगेला की मदद से (संख्या पूरी परिधि के साथ एक से कई में भिन्न होती है)।
3. जीवाणु साम्राज्य के प्रतिनिधियों के चयापचय की विशेषताओं के अनुसार:
   • अकार्बनिक से आवश्यक पदार्थों का संश्लेषण - स्वपोषी;
   • कार्बनिक पदार्थों का प्रसंस्करण - हेटरोट्रॉफ़्स।
4. ऊर्जा प्राप्त करने की विधि द्वारा:
   • श्वसन (एरोबिक और एनारोबिक सूक्ष्मजीव);
   • किण्वन;
   • प्रकाश संश्लेषण (ऑक्सीजन मुक्त और ऑक्सीजन मुक्त)।

रोगाणुओं और वायरस के बीच संबंधों की विशेषताएं - एक ही नाम के राज्यों के प्रतिनिधि

प्रोकैरियोट्स का सुपर किंगडम दो राज्यों को जोड़ता है - बैक्टीरिया और वायरस, जिनमें समानता की तुलना में बहुत अधिक अंतर हैं। उदाहरण के लिए, यदि बैक्टीरिया जीवन समर्थन के लिए आवश्यक सभी पदार्थों को संश्लेषित करते हैं, तो वायरस आमतौर पर प्रोटीन को संश्लेषित करने में सक्षम नहीं होते हैं। वे अपनी तरह का प्रजनन स्वयं भी नहीं कर सकते हैं, लेकिन केवल किसी और के सेल पर आक्रमण करके।

वायरस मेजबान के डीएनए को ब्लॉक कर देते हैं और इसे अपने डीएनए से बदल देते हैं - नतीजतन, कैप्चर की गई कोशिका आक्रमण किए गए वायरस की प्रतियां तैयार करती है, जो आमतौर पर इसकी मृत्यु की ओर ले जाती है।

शब्द " बीओस्फिअ"19वीं शताब्दी के अंत में वैज्ञानिक साहित्य में पेश किया गया था। भूविज्ञानी ई. सूस ने जीवित जीवों द्वारा बसे एक विशेष पृथ्वी खोल को नामित करने के लिए कहा। जीवमंडल का समग्र सिद्धांत 20वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में बनाया गया था। सबसे बड़े प्राकृतिक वैज्ञानिक-भू-रसायनविद् वी.आई. वर्नाडस्की।

पृथ्वी की पपड़ी में और उसके ऊपरी आवरण में, जीवन में आच्छादित परमाणुओं के इतिहास के विश्लेषण के आधार पर, वर्नाडस्की असाधारण सैद्धांतिक निष्कर्ष पर पहुंचे और, जैसा कि बाद में स्पष्ट, व्यावहारिक महत्व बन गया। उन्होंने दिखाया कि जीवमंडल न केवल जीवित जीवों द्वारा बसा हुआ है, बल्कि उनके द्वारा एक महत्वपूर्ण सीमा तक भू-रासायनिक रूप से पुन: कार्य किया गया है; यह न केवल एक जीवित वातावरण है, बल्कि जीवित जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि का एक उत्पाद भी है जो पृथ्वी पर सभी भूवैज्ञानिक समय पर रहते हैं - ग्रह का जीवित पदार्थ। यह स्थिति, जो भू-रसायन विज्ञान के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, एआई पेरेलमैन ने इसे "वर्नाडस्की का नियम" कहने का प्रस्ताव दिया और इसे इस प्रकार तैयार किया: "जीवमंडल में रासायनिक तत्वों का प्रवास या तो जीवित पदार्थ (बायोजेनिक प्रवास) की प्रत्यक्ष भागीदारी के साथ किया जाता है। , या यह पर्यावरण में होता है, जिसकी भू-रासायनिक विशेषताएं (O 2, CO 2, H 2 S, आदि) जीवित पदार्थ के कारण होती हैं, दोनों जो वर्तमान में इस प्रणाली में निवास करती हैं, और जो कि इस दौरान जीवमंडल में कार्य करती हैं। भूवैज्ञानिक इतिहास "(पेरेलमैन, 1979, पृष्ठ 215)।

जीव विज्ञान के विकास के प्रारंभिक चरण में, एक विचार था कि पृथ्वी पर रहने वाली सभी जीवित चीजें जीवों के दो "राज्यों" में विभाजित हैं: वनस्पति और जीव, या पौधों का साम्राज्य - प्लांटे और जानवरों का साम्राज्य - एनिमिया। XVIII-XIX सदियों में। सूक्ष्मजीवों की दुनिया की खोज और उसके बाद के गहन अध्ययन के क्षण से, जीवित प्राणियों के एक नए तीसरे साम्राज्य को अलग करना आवश्यक हो गया, जिसे हेकेल (1866) प्रोटिस्ट्स का राज्य कहा जाता है। जीव विज्ञान की नई शाखाओं का उद्भव, विशेष रूप से आणविक जीव विज्ञान में, माइक्रोस्कोपी तकनीकों में सुधार, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग, सूक्ष्मजीवों के अध्ययन के लिए नए आधुनिक तरीकों के विकास ने जीवित प्रकृति के नए राज्यों के और अलगाव में योगदान दिया; आधुनिक वर्गीकरणों में, पांच राज्यों को प्रतिष्ठित किया जाता है, जो दो समूहों में कोशिका संरचना के प्रकार से एकजुट होते हैं (आर। मरे, 1968; आर। व्हिटेकर, 1969):

जानवरों का साम्राज्य - एनिमिया

यूकेरियोट प्लांट किंगडम - प्लांटे

प्रोटिस्ट्स का साम्राज्य - प्रोटिस्टा

मशरूम का साम्राज्य - Mycota

प्रोकैरियोट्स जीवाणु साम्राज्य - प्रोकैरियोटा

प्रोकैरियोटिक प्रकार की माइक्रोबियल कोशिका बैक्टीरिया, एक्टिनोमाइसेट्स और नीले-हरे शैवाल की विशेषता है। इसकी मुख्य विशेषता परमाणु पदार्थ, साइटोप्लाज्म और परमाणु झिल्ली की अनुपस्थिति के बीच एक स्पष्ट सीमा का अभाव है। नाभिक का क्षेत्र (तथाकथित न्यूक्लियॉइड) डीएनए से भरा होता है जो एक प्रोटीन से बंधा नहीं होता है और यूकेरियोट्स के गुणसूत्रों के समान संरचनाएं नहीं बनाता है। कोई माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट भी नहीं होते हैं, और कोशिका भित्ति में एक हेटरोपॉलीमर पदार्थ होता है जो किसी भी यूकेरियोटिक जीवों में नहीं पाया गया है। प्रकाश संश्लेषक जीवाणुओं के कोशिकाद्रव्य में थायलाकोइड्स होते हैं जिनमें वर्णक (क्लोरोफिल और कैरोटेनॉयड्स) होते हैं, जिनकी सहायता से प्रकाश संश्लेषण किया जाता है। कुछ प्रकार के जीवाणुओं में, वसा और वॉल्युटिन के कण कोशिकाओं में जमा हो जाते हैं।

यूकेरियोटिक प्रकार की कोशिका कवक, शैवाल और प्रोटोजोआ की विशेषता है (यह पौधों, जानवरों और मनुष्यों की कोशिकाओं जैसा दिखता है)। यह अधिक जटिल है: दो-परत परमाणु झरझरा झिल्ली वाले नाभिक को साइटोप्लाज्म से अलग किया जाता है, इसमें एक या दो नाभिक होते हैं, जिसके अंदर आरएनए (राइबोन्यूक्लिक एसिड) को संश्लेषित किया जाता है और गुणसूत्र निहित होते हैं - वंशानुगत जानकारी के वाहक, डीएनए से मिलकर और प्रोटीन। साइटोप्लाज्म में माइटोकॉन्ड्रिया (श्वसन में शामिल) और शैवाल में क्लोरोप्लास्ट (चमकदार ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना) भी होते हैं।

निरपेक्ष भू-कालक्रम और जीवाश्म विज्ञान के आंकड़ों के अनुसार, जैव रसायन के नवीनतम तरीकों का उपयोग करते हुए, 4-3.5 अरब साल पहले, जीवन पहले से ही आर्कियन में मौजूद था। गहरी धुरी ड्रिलिंग के दौरान, रूसी मंच पर यूएसएसआर में स्थापित, आर्कियन के रूपांतरित तलछटी चट्टानों में, पहले प्रकाश संश्लेषक जीवों के परिवर्तन के कई कार्बनयुक्त उत्पाद - नीले-हरे शैवाल और जीवाणु मूल के सबसे छोटे कार्बनिक निकाय - थे मिल गया। ये प्रोकैरियोटिक जीव - बैक्टीरिया और साइनोफाइट्स जो ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में दिखाई देते हैं (लेकिन एक प्रकाश संश्लेषक उपकरण रखने वाले) - 1 अरब से अधिक वर्षों से पृथ्वी के एकमात्र निवासी, इसके वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन के पहले उत्पादक थे।

आर्कियन के अंत और प्रोटेरोज़ोइक की शुरुआत में - 2.6-2.2 बिलियन साल पहले - पृथ्वी के वायुमंडल में पहले से ही ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन थी। इस युग की चट्टानों में सल्फेट्स (सल्फाइड ऑक्सीकरण के उत्पाद), लेटराइट बॉक्साइट-असर संरचनाएं होती हैं जिनमें Fe ऑक्साइड (सिडोरेंको, टेन्याकोव, आदि) होते हैं। प्रोटेरोज़ोइक की चट्टानों में, जिनकी आयु 2 बिलियन वर्ष है, लोहे के बैक्टीरिया पाए गए (ज़ावरज़िन, 1972)। इस प्रकार, पहले से ही आर्कियन और लोअर प्रोटेरोज़ोइक में, सूक्ष्मजीवों के गैस और ऑक्सीडेटिव कार्यों के परिणामस्वरूप, उनके द्वारा बसे हुए पृथ्वी के क्षेत्र को बदल दिया गया था ताकि इसने आधुनिक जीवमंडल की भू-रासायनिक विशेषताओं का अधिग्रहण किया।

वातावरण में मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति विविध जीवन रूपों - यूकेरियोटिक प्रोटोजोआ और बहुकोशिकीय पौधों और जानवरों के विकास के लिए एक शर्त बन गई है। जीवाश्म विज्ञानी शिक्षाविद बी एस सोकोलोव के अनुसार, जैविक दुनिया के विकास का आरेख, न केवल पैलियोज़ोइक और मेसोज़ोइक (जो कि जीवाश्म विज्ञान द्वारा काफी समय तक अध्ययन किया गया है) में जीवन के विकास के मुख्य चरणों को दर्शाता है, बल्कि इसमें भी आर्कियन, एपेबिया (मध्य और निचला प्रोटेरोज़ोइक) - पृथ्वी के इतिहास की लंबी अवधि, जब सबसे सरल जीव प्रबल होते हैं, और अधिक जटिल वाले रिपियन (ऊपरी प्रोटेरोज़ोइक) में दिखाई देते हैं। सबसे पुराने बैक्टीरिया, नीले-हरे शैवाल (सायनोफाइट्स), कवक, प्रोटोजोआ, जिसकी गतिविधि से जीवमंडल का निर्माण जुड़ा हुआ है, सभी भूवैज्ञानिक समय में थे और आज भी मौजूद हैं।

जीवन रूपों के विकास और भेदभाव के साथ, जीवमंडल के सभी पारिस्थितिक क्षेत्रों में महारत हासिल की गई, उनकी भू-रासायनिक गतिविधि अधिक से अधिक विविध हो गई। गैस और रेडॉक्स कार्यों के साथ, जीवित जीवों के एकाग्रता कार्यों ने विशाल ग्रह महत्व प्राप्त कर लिया है, जो विशेष रूप से सी, सीए, सी के संबंध में स्पष्ट रूप से प्रकट होते हैं।

जीवों की प्रकाश संश्लेषक गतिविधि और कार्बनिक पदार्थों के रूप में कार्बन और सौर ऊर्जा की एकाग्रता ने प्रोटेरोज़ोइक और पेलियोज़ोइक में कार्बोनेसियस-सिलिसियस और तेल शेल्स के गठन के वैश्विक वितरण को निर्धारित किया। एक समुद्री जीव के कैम्ब्रियन में एक कैल्शियम, फॉस्फेट और सिलिसस कंकाल के साथ विकास ने ऑर्गेनोजेनिक चट्टानों के शक्तिशाली संरचनाओं के संचय की नींव रखी, जो बाद के सभी भूवैज्ञानिक युगों में जारी रहा। इन चट्टानों का निर्माण काफी हद तक सूक्ष्मजीवों की गतिविधि से जुड़ा हुआ है: कोकोलिथोफोराइड्स की लिथिफाइड कोशिकाएं सभी शांत तलछटों में पाई जाती हैं; डायटम और रेडिओलेरियन के सिलिसियस कंकालों के संचय से डायटोमाइट्स और ट्रिपोली बनते हैं।

सूक्ष्मजीवों के विभिन्न भू-रासायनिक कार्य, उनकी उच्च एंजाइमिक गतिविधि आधुनिक जीवमंडल की भू-रासायनिक प्रक्रियाओं को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है।

जीवमंडल में कई भूमंडल शामिल हैं: क्षोभमंडल, जलमंडल (विश्व महासागर), पीडोस्फीयर और लिथोस्फीयर का ऊपरी भाग - क्रस्ट और अपक्षय क्षेत्र, जीवन के वितरण की सीमाओं के लिए तलछटी स्तर।

जीवमंडल में जीवित पदार्थ असमान रूप से वितरित है; जीवित जीवों और विभिन्न रूपों की उच्चतम सांद्रता के स्थान - मिट्टी, झीलों के तल तलछट, समुद्री तटों के ज्वारीय क्षेत्र और उथले शेल्फ, समुद्र और महासागरों की ऊपरी व्यंजना परत। जैसे-जैसे आप पृथ्वी की सतह से दूर जाते हैं, जीवन का घनत्व और प्रजातियों की विविधता कम होती जाती है। विश्व महासागर में जीवन पृथ्वी की सतह से सबसे गहराई तक प्रवेश करता है: संपूर्ण जल स्तंभ और अवलोकन के लिए सुलभ तल तलछट का हिस्सा बसा हुआ है; मारियाना (11,022 मीटर) और फिलीपीन ट्रफ (10,000 मीटर से अधिक) और अन्य जैसे गहरे समुद्री अवसादों के तल पर, एक अजीबोगरीब रसातल जीव, एक विविध माइक्रोफ्लोरा है।

भूमि पर, सूक्ष्मजीवों की जीवित कोशिकाएँ लिथोस्फीयर की मोटाई में एक उथले गहराई पर पाई जाती हैं: जब भूमिगत जल में 1500-2000 मीटर पर कुओं की ड्रिलिंग की जाती है, तो 4500 मीटर पर तेल वाले पानी में। जीवों की गहराई में प्रवेश। लिथोस्फीयर को 100 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान से रोका जाता है।

जीवमंडल की ऊपरी सीमा, जाहिरा तौर पर, क्षोभमंडल की सीमा के साथ मेल खाती है (समुद्र तल से 11,000 मीटर ऊपर); समताप मंडल में सूक्ष्मजीवों के प्रवेश को बाहर नहीं किया जाता है। हालांकि, उच्च निरपेक्ष ऊंचाई पर सक्रिय जीवन कम तापमान से इतना सीमित नहीं है जितना कि तरल पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की कमी से: 5600-5700 मीटर की ऊंचाई पर सीओ 2 का आंशिक दबाव समुद्र तल से 2 गुना कम है। 6200-6500 मीटर की ऊंचाई पर पहाड़ों में जीवित, सक्रिय रूप से विकसित शैवाल, कवक, बैक्टीरिया पाए गए, जहां वे न केवल चट्टानों पर, बल्कि सतह पर और फ़र्न और बर्फ की मोटाई में भी वितरित किए जाते हैं।

नतीजतन, सूक्ष्मजीव पूरे जीवमंडल के भीतर बसे हुए हैं और इसकी निचली और ऊपरी सीमाओं के संकेतक हैं: वे पर्यावरणीय परिस्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला में विकसित होते हैं, जीवन की सामान्य एकाग्रता के स्थानों में विशाल संघनन बनाते हैं और चरम स्थितियों में पारिस्थितिक निशान भरते हैं जहां उच्च जीवन जीव असंभव है।

उनके व्यापक वितरण की सुविधा होती है, सबसे पहले, बैक्टीरिया के छोटे द्रव्यमान और आकार से - 1-2 माइक्रोन, खमीर कोशिकाएं, कवक बीजाणु - लगभग 10 माइक्रोन। पानी के साथ, वे चट्टानों की सबसे पतली हेयरलाइन दरारों में प्रवेश करते हैं, गहरे जलभृतों तक पहुँचते हैं, क्षोभमंडल की ऊपरी सीमाओं तक उठते हैं, वायु धाराओं द्वारा दूर ले जाते हैं, समताप मंडल में उड़ते हैं, वैश्विक गति करते हैं और ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका के ग्लेशियरों को आबाद करते हैं।

सूक्ष्मजीव बहुत कठोर होते हैं, वे मजबूत शुष्कता को सहन करते हैं और अपनी व्यवहार्यता नहीं खोते हैं, जीवित कोशिकाओं में 80-85% पानी होता है। फफूंद के सूखे बीजाणु, कुछ बेसिली, जिसमें केवल 40% पानी होता है, 10-20 वर्षों तक अंकुरित होने की क्षमता रखता है। गैर-बीजाणु-असर, सूक्ष्मजीव कई महीनों तक सुखाने का सामना कर सकते हैं।

शुष्क अवस्था में, सूक्ष्मजीव प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश और उच्च तापमान के प्रतिरोधी होते हैं, इसलिए प्रचुर मात्रा में माइक्रोफ्लोरा रेगिस्तान में मिट्टी, चट्टानों और मलबे की सतह पर रहता है।

अधिकांश सूक्ष्मजीव कम तापमान को अच्छी तरह सहन करते हैं। प्रयोगशालाओं (बेकेरल, 1925) में किए गए प्रयोगों से पता चला है कि बैक्टीरिया और कवक के बीजाणु, जिन्हें तरल हवा के तापमान (-190 °) पर छह महीने या उससे अधिक समय तक रखा गया था, मर नहीं गए और अंकुरित होने की क्षमता बरकरार रखी। दुर्लभ वातावरण में हवा निकालते समय, वे कम तापमान का सामना करते थे। कम तापमान के प्रति सूक्ष्मजीवों की सहनशीलता का प्रमाण पहाड़ों, ध्रुवीय क्षेत्रों, मिट्टी और मैदानों के पर्माफ्रॉस्ट क्षितिज के निवल बेल्ट में उनकी व्यापक घटना है। कई सूक्ष्मजीव प्रतिकूल परिस्थितियों में निलंबित एनीमेशन की स्थिति में जाने में सक्षम हैं। बाहरी वातावरण में मामूली सुधार पर, वे जीवन में लौट आते हैं: पानी का अवशोषण, कार्बन डाइऑक्साइड शुरू होता है, तेजी से प्रजनन होता है, उदाहरण के लिए, माइक्रोकोकी का विभाजन हर आधे घंटे में होता है। उन जगहों पर जहां जीवन केंद्रित है, विभिन्न सूक्ष्मजीवों की लाखों और अरबों कोशिकाएं प्राकृतिक जल, मिट्टी और तल तलछट के प्रत्येक घन सेंटीमीटर में रहती हैं।

सूक्ष्मजीवों का सर्वव्यापी वितरण, जीवन चक्र की उच्च गति, विभिन्न प्रकार के कार्यों के साथ, जीवमंडल की भू-रासायनिक प्रक्रियाओं में उनकी असाधारण भूमिका निर्धारित करते हैं। जीवमंडल में जीवित पदार्थ के भू-रासायनिक कार्यों का अध्ययन जैव-भू-रसायन विज्ञान का मुख्य कार्य है, जिसे VI वर्नाडस्की द्वारा स्थापित किया गया था; इसका गहन विकास 20 वीं शताब्दी के मध्य में शुरू हुआ, जब मानव जाति की लगातार बढ़ती तकनीकी गतिविधि के संबंध में, पर्यावरण संरक्षण की समस्याएं उत्पन्न हुईं।

जीवमंडल में सूक्ष्मजीवों के सभी भू-रासायनिक कार्यों को एक निश्चित सीमा के साथ निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

1) आत्मसात - वायुमंडलीय गैसों और कार्बनिक पदार्थों के निर्माण के संबंध में;

2) विनाशकारी - कार्बनिक पदार्थों के संबंध में;

3) गैस - मिट्टी, जल निकायों, सतही वातावरण के गैस शासन का विनियमन;

4) रेडॉक्स - मैक्रो के संबंध में - और परिवर्तनशील वैलेंस वाले माइक्रोलेमेंट्स;

5) विनाशकारी - चट्टानों और खनिजों के संबंध में;

6) संचयी कार्य और बायोजेनिक खनिजों और चट्टानों का निर्माण।

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