Некоторые микроорганизмы из рода Nitrosomonas используют нитрификацию иона аммония как единственный источник энергии. В присутствии кислорода аммиак дает нитритный ион и воду; выход энергии в этой реакции составляет 65 ккал/моль, а этого вполне достаточно для «приличного» существования. Nitrosomonas относится к группе так называемых автотрофов – организмов, которые не потребляют энергию, запасенную в органических веществах. Фотоавтоторфы используют энергию света, а хемоавтотрофы, подобные Nitrosomonas, получают энергию получая ее из неорганических соединений.
Другая специализированная группа микроорганизмов, представителем которой является Nitrobacter , способна извлекать из нитритов энергию, которой пренебрег Nitrosomonas. При окислении нитритного иона в нитратный высвобождается около 17 ккал/моль – немного, но вполне достаточно для того, чтобы поддержать существование Nitrobacter.
В почве немало разных видов бактерий-денитрификаторов, которые, попав в анаэробные условия, могут использовать нитратный и нитритный ионы как акцепторы электронов при окислении органических соединений.
Сравнительная ценность ионов аммония и нитрита как источников азота для растений была объектом многих исследований. Казалось бы, ион аммония явно предпочтительнее: валентность азота в нем равна –3, т. е. та же, что у азота в аминокислотах; валентность же нитратного азота равна +5. Значит, для того чтобы использовать азот из нитратного иона, растение должно затратить энергию на восстановление пятивалентного азота до трехвалентного. На деле все обстоит сложнее: то, какая форма азота предпочтительнее, зависит. Как оказалось, совсем от других факторов. Так как ион аммония заряжен положительно, почти сразу же после его образования в почве он захватывается частицами ила, на которых и остается вплоть до окисления. Отрицательный ион нитрата, напротив, свободно движется в почве, а значит, легче попадает в зону корней.
Почвенные азотофиксирующие организмы оставались малоизученными вплоть до конца XIX века. Ученые даже опасались, денитрифицирующие бактерии, как раз в то время открытые, постепенно исчерпают запас фиксированного азота в почве и снизят плодородие. В своей речи перед Королевским обществом в Лондоне сэр У. Крукс набросал мрачную картину голода, который ожидает человечество в недалеком будущем, если не появится искусственные способы фиксации азота. В то время главным источником селитры и для производства удобрений, и для выработки взрывчатых веществ были залежи в Чили. Именно потребность во взрывчатых веществах стала главным стимулом для химиков. В 1914 году немецкие химики Ф. Габер и К. Бош предложили католический способ промышленной фиксации азота.
После того как круговорот азота был в общих чертах изучен, стала понятна роль бактерий-денитрификаторов. Без таких бактерий, возвращающих азот в атмосферу, большая часть атмосферного азота находилась бы сейчас в связанной форме в океане и в осадочных породах. В настоящее время в атмосфере, разумеется, недостаточно кислорода для перевода всего свободного азота в нитраты. Но вполне вероятно, что односторонний процесс в отсутствие денитрификаторов привел к подкислению воды в океане нитратами. Началось бы выделение двуокиси углерода из карбонатных горных парод. Растения постоянно извлекали бы двуокись углерода из воздуха, углерод с течением времени откладывался бы в форме каменного угля или других углеводородов, а свободный кислород насыщал бы атмосферу и соединялся с азотом. Из-за многообразия и сложности всех этих процессов трудно сказать, как выглядел бы мир реакции денитрификации, но наверняка это был бы непривычный для нас мир.
Рекультивация почв загрязненных нефтегазовыми выбросами
Нефть и нефтепродукты,
поступая в окружающую среду, оказывают негативное влияния на природные
компоненты экосистемы. Они являются постоянным источником канцерогенного и
мутагенного загрязнения. Поэтому проведение рекультивационных работ яв ...
Глобальные экологические проблемы
Всякий раз, выбирая тему исследования – одну из
нескольких предложенных, – задаёшься вопросом: «А почему именно ее?..»
Глобальные экологические проблемы… Вспоминаются пресные безжизненные призывы откуда-то
из начальных классов: не ло ...