Тема: Микробное сообщество Ø Микробное

Тема: Микробное сообщество

Ø Микробное сообщество – совокупность взаимодействующих между собой функционально различных микроорганизмов, связанных единством времени и пространства Ø Устойчивость сообщества обеспечивается адаптационной динамикой с заменой одних видов другими

Ø Связи в сообществе могут быть трофическими (функциональными) и топическими (соответствие внешним условиям среды) Ø Трофическая структура деструктивной ветви подчиняется задаче полного использования энергии органических веществ Ø Вследствие большого разнообразия микроорганизмов и их адаптации к изменяющимся условиям трофичекая структура очень изменчива

Экологические ниши Ø Функциональная группа в сообществе соответствует фундаментальной экологической нише и подчиняется правилу Гаузе: только один вид может доминировать в данных условиях Ø Экологическая ниша находится под воздействием внешних факторов (смена дня и ночи, сезонов, погоды, осадков), сукцессий и приурочена к определенным ландшафтным условиям

Ø Экологическая ниша включает не только физическое пространство, но и условия, трофическое положение и функциональную роль микроорганизма в сообществе. Ø Экологические ниши могут быть узкими и широкими, что связано с узкой (специалисты) или широкой (генералисты – псевдомонады, пурпурные несерные бактерии) специализацией организмов по метаболическим возможностям

Ø Рост бактерий в экологических нишах описывается уравнением Ферхюльста d N / d t = r N (1 – N / K), где N – число особей r – коэффициент прироста K – емкость среды t - время

Первый этап в сообществе осуществляют первичные продуценты – фотоавтотрофы, ассимилирующие СО 2 с образованием биомассы и О 2 и составляют весь вход энергии в экосистему Свет СО 2 Оксигенные фотоавтотрофы Биомасса Мортмасса О 2

Деструкция Мортмасса Сахаролитический путь Пептолитический путь Липолитический Полисахариды Белки Липиды Углеводы азотистые соединения жирные кислоты Ацетат и другие продукты

Ø Первый этап деструкции – гидролиз, осуществляемый гидролитиками, переводящими твердый субстрат в раствор экзоферментами – гидролазами (протеазы, липазы, целлюлазы) Ø Второй этап – внутриклеточное расщепление (окисление)низкомолекулярных веществ диссипотрофами и накопление продуктов метаболизма Ø Удаление продуктов метаболизма синтрофами

Трофические взаимоотношения в микробном сообществе

Трофические взаимоотношения в метаногенном сообществе

Ø Первичные анаэробы – гидролитики и диссипотрофы осуществляют брожения конечными продуктами которых являются водород, ацетат и летучие жирные кислоты (ЛЖК) Ø Вторичные анаэробы сбраживают несбражеваемые продукты первичных анаэробов до углекислого газа и сопровождается восстановлением неорганического соединения (Fe (III), Fe (II) NO 2 NH 3, SO 3 H 2 S, H 2 CO 3 CH 4)

Ø Чтобы сообщество существовало длительное время и было автономным необходимо чтобы деструкция была полной и не накапливались продукты обмена веществ (СО 2 - А – а – В – в – С – с…- СО 2) Ø Накопление продуктов обмена веществ ведет к сукцессии

Азотный обмен в микробном сообществе

Энергетика сообщества Ø Микроорганизмы получают энергию в результате окислительно- восстановительных реакций, представляющих процесс переноса электронов от донора к акцептору и запасают ее в АТФ

Ø Внутри клетки микроорганизма сопрягаютя энергодающие и энергопотребляющие реакции, а в химической системе - окислительно-восстановительные реакции, осуществляемые микробным сообществом. Ø Такое сочетание в сумме дает энергетический выигрыш, достаточный для существования сообщества. Но в отличие от клетки, где есть переносчик энергии, в сообществе условия должны быть таковы, чтобы обеспечить выигрыш, достаточный для существования каждой отдельной группы или вида организмов.

Межвидовой перенос водорода. Синтрофия Ø Катаболическая синтрофия – осуществление реакции катаболизма только в случае взаимодействия двух организмов (взаимодействие организмов, окисляющих жирные кислоты, с водородными метаногенами и взаимодействие фототрофных зеленых серных бактерий с сульфатредукторами) Ø Организмы, способные к развитию при условии, что водород удаляется из сферы реакции (что является термодинамически выгодным для них), получили название синтрофов Ø Развитие синтрофов обусловлено выигрышем свободной энергии за счет уменьшения концентрации продукта

С 2 – путь и ацетокинез Ø Ацетат – продукт первичных и вторичных анаэробов - накапливается в среде, и его удаление является центральной проблемой для микробного сообщества Ø Ацетат хорошо используется синтрофно аэробными бактериями (железовосстановливающими, сульфатвосстанавливающими) с выделением водорода