Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пурпурные серные бактерии
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Протеобактерии
Класс:Гаммапротеобактерии
Заказ:Chromatiales
Imhoff 2005 [1]
Семьи

В пурпурные серные бактерии (PSB) являются частью группы протеобактерий способной фотосинтеза , совместно именуемые пурпурных бактерий . Они анаэробны или микроаэрофильны и часто встречаются в многослойной водной среде, включая горячие источники , стоячие водоемы, а также микробные маты в приливных зонах. [5] В отличие от растений , водорослей и цианобактерий , пурпурные серные бактерии не используют воду в качестве восстановителя и, следовательно, не производяткислород . Вместо этого они могут использовать серу в форме сульфида или тиосульфата (а некоторые виды могут использовать H 2 , Fe 2+ или NO 2 - ) в качестве донора электронов в своих путях фотосинтеза . [5] Сера окисляется с образованием гранул элементарной серы . Это, в свою очередь, может быть окислено с образованием серной кислоты .

Пурпурные серные бактерии в основном делятся на два семейства, Chromatiaceae и Ectothiorhodospiraceae , которые производят внутренние и внешние гранулы серы соответственно и демонстрируют различия в структуре своих внутренних мембран. [5] Они составляют часть отряда Chromatiales, включенного в гамма-подразделение Proteobacteria. Род Halothiobacillus также включен в Chromatiales, в собственное семейство, но не является фотосинтетическим.

Характеристики пурпурных серных бактерий [ править ]

Основные фотосинтетические пигменты: Бактериохлорофиллы a или b.

Расположение фотосинтетических пигментов: плазматическая мембрана и хроматофор (комплексы пластинчатых мембран, которые непрерывны с плазматической мембраной).

Фотосинтетические доноры электронов: H 2 , H 2 S, S.

Отложение серы: внутри ячейки

Метаболический тип: фотолитоавтотроф [6]

Экология [ править ]

Среда обитания [ править ]

Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в освещенных бескислородных зонах озер и других водных средах обитания, где накапливается сероводород, а также в «серных источниках», где геохимически или биологически производимый сероводород может вызвать образование пурпурных серных бактерий. Для фотосинтеза необходимы аноксические условия; эти бактерии не могут процветать в насыщенной кислородом среде. [7]

Наиболее благоприятными озерами для развития пурпурных серных бактерий являются меромиктические (постоянно стратифицированные) озера. [8] Меромиктические озера стратифицируются, потому что у них более плотная (обычно соленая) вода на дне и менее плотная (обычно пресная вода) ближе к поверхности. Росту пурпурных серных бактерий также способствует расслоение в голомиктических озерах. [8]Эти озера термически стратифицированы; весной и летом вода на поверхности нагревается, что делает ее менее плотной, чем нижележащая более холодная вода, что обеспечивает достаточно стабильную стратификацию для роста пурпурных серных бактерий. Если сульфата присутствует в количестве, достаточном для восстановления сульфата, сульфид, образующийся в отложениях, диффундирует вверх в бескислородные придонные воды, где пурпурные серные бактерии могут образовывать плотные клеточные массы, называемые цветками, обычно в ассоциации с зелеными фототрофными бактериями.

Также можно найти пурпурные серные бактерии, которые являются важным компонентом приливных микробных матов . Маты, такие как микробный мат Sippewissett , обладают динамической средой из-за приливов и поступающей пресной воды, приводящей к образованию такой же стратифицированной среды, как и в меромиктических озерах. Рост пурпурных серных бактерий возможен, поскольку сера поступает в результате гибели и разложения микроорганизмов, расположенных над ними в этих приливных бассейнах. [5] Стратификация и источник серы позволяют PSB расти в этих приливных бассейнах, где встречаются маты. PSB может помочь стабилизировать эти отложения микробной среды за счет секреции внеклеточных полимерных веществ, которые могут связывать отложения в бассейнах. [9] [10]

Экологическое значение [ править ]

Пурпурные серные бактерии могут влиять на окружающую среду, участвуя в круговороте питательных веществ и используя свой метаболизм для изменения своего окружения. Они способны играть значительную роль в первичном производстве, что позволяет предположить, что эти организмы влияют на углеродный цикл посредством фиксации углерода . [11] Пурпурные серные бактерии также участвуют в круговороте фосфора в своей среде обитания [12] и круговороте железа . [13] В результате апвеллинга этих организмов фосфор, ограничивающее питательное вещество в кислородном слое озер, перерабатывается и передается гетеротрофным бактериям для использования. [12]Это указывает на то, что, хотя пурпурные серные бактерии обнаруживаются в бескислородном слое их среды обитания, они способны способствовать росту многих гетеротрофных организмов, доставляя неорганические питательные вещества в вышеупомянутый кислородный слой. Еще одна форма рециркуляции неорганических питательных веществ и растворенных органических веществ пурпурными серными бактериями - через пищевую цепочку ; они служат источником пищи для других организмов. [12]

Некоторые пурпурные серные бактерии эволюционировали, чтобы оптимизировать условия окружающей среды для собственного роста. Например, в Черной дыре Южного Андроса на Багамах пурпурные серные бактерии приобрели новую характеристику, согласно которой они могут использовать свой метаболизм для излучения тепловой энергии в окружающую среду. [14] Из-за неэффективности своих каротиноидов, или центров сбора света, организмы способны выделять избыточную световую энергию в виде тепловой энергии. [14] Эта адаптация позволяет им более эффективно конкурировать в своей среде. Повышая температуру окружающей воды, они создают экологическую нишу, которая поддерживает их собственный рост, а также позволяет им вытеснять другие нетермотолерантные организмы.

Рост в меромиктических озерах [ править ]

Меромиктические озера - это постоянно стратифицированные озера, образованные градиентом концентрации солей. Сильно засоленный нижний слой отделен от верхнего слоя пресной воды хемоклином , где соленость резко меняется. Из-за большой разницы в плотности верхний и нижний слои не смешиваются, что приводит к бескислородной среде ниже хемоклина. [15] Эта бескислородная среда со светом и достаточным количеством сульфидов идеально подходит для пурпурных серных бактерий. [16] [15]

Исследование, проведенное на озере Махони, показало, что пурпурные серные бактерии способствуют переработке неорганического питательного вещества - фосфора. [15] Подъем пурпурных серных бактерий в верхний слой воды создает источник связанного фосфора, и активность фосфатазы высвобождает этот фосфор в воду. Затем растворимый фосфор включается в гетеротрофные бактерии для использования в процессах развития. Таким образом, фиолетовые серные бактерии участвуют в круговороте фосфора и сводят к минимуму потерю питательных веществ. [15]

Биомаркеры [ править ]

Пурпурные серные бактерии производят конъюгированные пигменты, называемые каротиноидами, которые действуют в светособирающем комплексе . Когда эти организмы умирают и тонут, некоторые молекулы пигмента сохраняются в отложениях в измененной форме. Одна продуцируемая молекула каротиноида, окенон, диагенетически превращается в биомаркер окенан . Обнаружение окенана в морских отложениях предполагает присутствие пурпурных серных бактерий во время захоронения. Окенан был обнаружен в одном обнажении осадочных пород в Северной Австралии, датируемом 1640 миллионами лет назад. [17]Авторы исследования пришли к выводу, что на основании присутствия биомаркера пурпурных серных бактерий палеопротерозойский океан должен был быть бескислородным и сульфидным на глубине. Это открытие подтверждает гипотезу Кэнфилдского океана .

Биовосстановление [ править ]

Пурпурные серные бактерии могут способствовать сокращению вредных для окружающей среды органических соединений и выбросов запахов в отстойниках для сточных вод, где они, как известно, произрастают. В лагунах со сточными водами можно найти вредные соединения, такие как метан , парниковый газ и сероводород , едкое токсичное соединение. PSB может помочь снизить концентрацию как тех, так и других. [18]

Вредные органические соединения могут быть удалены путем фотоассимиляции, поглощения углерода организмами посредством фотосинтеза. [19] Когда PSB в лагунах выполняет фотосинтез, они могут использовать углерод из вредных соединений, таких как метан , [20] в качестве источника углерода. Это удаляет метан, парниковый газ, из лагуны и снижает влияние загрязнения лагуны на атмосферу.

H 2 S может действовать как источник серы для PSB во время тех же процессов фотосинтеза, которые удаляют органические соединения. Использование H 2 S в качестве восстановителя в PSB удаляет его из лагуны и приводит к уменьшению запаха и токсичности в лагунах. [21] [22] [23]

См. Также [ править ]

  • Аноксическое событие
  • Аноксигенный фотосинтез
  • Зеленое озеро (Нью-Йорк)
  • Окенане
  • Сероредуцирующие бактерии

Ссылки [ править ]

  1. ^ IMHOFF (JF): Порядок I. Chromatiales ord. ноя В: DJ BRENNER, NR KRIEG, JT STALEY и GM GARRITY (редакторы), Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, второе издание, vol. 2 (Proteobacteria), часть B (The Gammaproteobacteria), Springer, New York, 2005, стр. 1-3.
  2. Перейти ↑ Boden R (2017). «Реклассификация Halothiobacillus hydrothermalis и Halothiobacillus halophilus в Guyparkeria gen. Nov. В семействе Thioalkalibacteraceae nov., С исправленными описаниями рода Halothiobacillus и семейства Halothiobacillaceae » . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 67 (10): 3919–3928. DOI : 10.1099 / ijsem.0.002222 . ЛВП : 10026,1 / 9982 . PMID  28884673 .
  3. ^ "Wenzhouxiangella" . www.uniprot.org .
  4. ^ Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М (2015). Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М. (ред.). «Резюме номенклатуры Wenzhouxiangellaceae Wang et al. 2015». Рефераты NamesforLife . DOI : 10.1601 / nm.27206 .
  5. ^ a b c d Хантер, К. Н., Далдал, Ф., Турнауэр, М. С., Битти, Дж. Т. «Фиолетовые фототропные бактерии» , Springer-Dordrecht , 2008.
  6. ^ Уш Mina, Pranav Кумар (2014). Фунтамент и практика медико-биологических наук .
  7. ↑ Проктор, Лита М (1997). «Азотфиксирующие фотосинтезирующие анаэробные бактерии, связанные с пелагическими веслоногими рачками» (PDF) . Экология водных микробов . 12 : 105–113. DOI : 10,3354 / ame012105 .
  8. ^ а б Ван Гермерден, Ханс; Мас, Хорди (1995). Аноксигенные фотосинтетические бактерии . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. С. 50–57. ISBN 978-0-306-47954-0. Проверено 6 октября 2017 года .
  9. ^ Hubas, C. et al. «Распространение пурпурных серных бактерий на поверхности осадка влияет на разнообразие и функциональность приливных матов» , PLOS One , 5 декабря 2013 г. Получено 12 февраля 2020 г.
  10. ^ Сталь LJ (2010) https://ac.els-cdn.com/S0925857409000160/1-s2.0-S0925857409000160-main.pdf?_tid=2a3d5a5e-cd79-11e7-aa3b-00000aacb35f&acdnat=1511130774_f1d9f08b3f0de5ea6f90b0d1427800bb микрофитобентоса как biogeomorphological силы в стабилизации приливных отложений. Ecol Eng 36: 236–245. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2008.12.032.
  11. ^ Storelli, Никола; Педуцци, Сандро; Саад, Магед; Фригаард, Нильс-Ульрик; Перре, Ксавье; Тонолла, Мауро (май 2013 г.). «В ассимиляции CO2 в хемоклине озера Каданьо преобладают несколько типов фототрофных пурпурных серных бактерий» . FEMS Microbiology Ecology . 84 (2): 421–432. DOI : 10.1111 / 1574-6941.12074 . PMID 23330958 . 
  12. ^ a b c Оверманн, Йорг (1997). Успехи микробной экологии . Успехи в микробной экологии. 15 . Бостон, Массачусетс: Springer США. С. 252–258, 278, 279. DOI : 10.1007 / 978-1-4757-9074-0 . ISBN 978-1-4757-9074-0.
  13. ^ Haaijer, Сюзанна; Crienen, Gijs; Джеттен, Майк; Оп ден Камп, Хуб (2012-02-03). "Аноксические бактерии, участвующие в циклическом цикле железа, из пресной воды, богатой сульфидом и нитратами железа" . Границы микробиологии . 3 : 26. DOI : 10,3389 / fmicb.2012.00026 . PMC 3271277 . PMID 22347219 .  
  14. ^ а б Герберт, Родни; Галл, Эндрю; Маока, Такаши; Когделл, Ричард; Роберт, Бруно; Такаичи, Шиничи; Швабе, Стефани (февраль 2008 г.). «Фототрофные пурпурные серные бактерии как тепловые двигатели в Южной Черной дыре Андроса». Фотосинтез Исследования . 95 (2–3): 261–268. DOI : 10.1007 / s11120-007-9246-1 . PMID 17906940 . 
  15. ^ a b c d Оверманн, Йорг; Битти, Дж. Томас; Холл, Кен Дж. (27 июня 1996 г.). «Пурпурные серные бактерии контролируют рост аэробных гетеротрофных бактериопланктонов в меромиктическом соленом озере» . Американское общество микробиологии . 62 (9): 3251–8. PMC 1388937 . PMID 16535399 .  
  16. ^ Рогозин, Д. Ю.; Зыков, В.В.; Тарновский, М.О. (1 января 2016 г.). «Динамика пурпурных серных бактерий в меромиктическом соленом озере Шунет (Хакасия, Сибирь) в 2007–2013 гг.». Микробиология . 85 : 93–101. DOI : 10,1134 / S0026261716010100 .
  17. ^ Brocks, Jochen J .; Шеффер, Филипп (2008-03-01). «Окенан, биомаркер пурпурных серных бактерий (Chromatiaceae) и других новых производных каротиноидов из формации Барни Крик 1640 млн лет». Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (5): 1396–1414. Bibcode : 2008GeCoA..72.1396B . DOI : 10.1016 / j.gca.2007.12.006 .
  18. ^ МакГарви, JA, и др. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1472-765X.2009.02683.x/epdf "Индукция роста бактерий пурпурной серы в лагунах сточных вод молочных предприятий путем циркуляции". Письма по прикладной микробиологии , т. 49, нет. 4, 2009, стр. 427-433.
  19. ^ "Фотоассимиляция | Определение фотоассимиляции на английском языке Оксфордскими словарями." https: //en.oxford dictionaries.com/definition/photoassimilation Оксфордские словари | Английский язык , Оксфордские словари, en.oxford dictionaries.com/definition/photoassimilation.
  20. ^ Leytem, ​​AB, et al. https://ac.els-cdn.com/S0022030217305799/1-s2.0-S0022030217305799-main.pdf?_tid=a8cdccc8-cd79-11e7-8cad-00000aab0f6c&acdnat=1511130986_0d85cf6c&acdnat=1511130986_0d85cf17096ffb, США . " Журнал молочной науки , вып. 100, нет. 8, 2017, с. 6785-6803.
  21. ^ «Сероводород». http://www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide Национальный реестр загрязнителей , Департамент окружающей среды и энергетики правительства Австралии, www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide.
  22. ^ Caumette P (1993). «Экология и физиология фототрофных бактерий и сульфатредуцирующих бактерий морских солончаков». Experientia . 49 (6–7): 473–481. DOI : 10.1007 / BF01955148 .
  23. ^ Дунганский, RS; Лейтем, А.Б. (2015). «Обнаружение» пурпурных серных бактерий в пурпурных и нефиолетовых сточных водах молочных продуктов » . Журнал качества окружающей среды . 44 (5): 1550–1555. Doi : 10.2134 / jeq2015.03.0128 . PMID 26436272 .