Сообщества микроорганизмов в естественной среде

     Резко  отличную картину, характеризующуюся  более высокой стабильностью,  можно наблюдать в донных иловых  отложениях. Главный отличительный  их признак – микрослоистость сложения. Это явление связано с тем, что в результате сезонных процессов распределение микроорганизмов происходит неравномерно. Формирование ила при участии микробов идёт в тончайших слоях, измеряемых долями миллиметра. В толще, равной всего 1-2мм, можно обнаружить 6-8 слоёв, различающихся составом микрофлоры и физико-химическими условиями. Среди микробного населения илов преимущественное развитие имеют гетеротрофные организмы, аккумулирующие железо и марганец; микоплазмы, стебельковые и почкующиеся бактерии.

     Субстратами,  резко отличными от илов, где  слои обитания микробов по  крупицам «лепятся» осадками  из толщи воды, являются горные  породы, частично выветренные (рухляки), породы из шахт, выброшенные при  добыче руд, сами стенки штолен  и естественные разломы земной коры. Всё это – своеобразная среда обитания микрофлоры, арена деятельности преимущественно хемотрофных и миксотрофных бактерий, добывающих энергию при окислении неорганических веществ (соединений железа, марганца, серы). Содержание сапрофитных бактерий в горных породах невелико, около 2-3 тыс. клеток в 1г субстрата. В нефтеносных породах даже на глубине 500 и 700м насчитывается 30-100 млн. клеток в 1г породы. Глубинные воды практически лишены микроорганизмов (3-300 клеток). Микрофлора горных пород активно участвует в их выветривании (разрушении) за счёт продуктов жизнедеятельности, в том числе серной и других кислот. Такие вещества, как торф, бурый и каменный уголь, содержащие лигнин и гумусовые кислоты, также являются пригодными для микробов субстратами. Нефть и углеводороды успешно осваиваются микроорганизмами. Микробы способны окислять сульфидные руды, выщелачивая серу и повышая содержание металла в них (в первую очередь цветных и редких металлов). Эти процессы лежат в основе отрасли промышленности – гидрометаллургии, осваивающей с помощью микробов бедные и трудноперерабатываемые руды.

     1.22 Микрофлора воздуха

      Воздух – неблагоприятная среда для микроорганизмов. В нём нет питательных веществ, постоянной оптимальной температуры, часто отсутствует влага, действуют лучи солнца и т.д.

     Воздух  является, в основном, транспортным  субстратом для микроорганизмов.  Микробы, обнаруживаемые в воздухе,  попадают в него главным образом  с пылью. Чаще всего в воздухе  встречаются споры бактерий, аскоспоры дрожжей, конидии грибов и актиномицетов. Кроме того, в воздухе время от времени обнаруживаются и некоторые относительно устойчивые неспорообразующие микроорганизмы, например Micrococcus luteus, Sarcina lutea, Achromobacter, а также грамотрицательные бактерии из группы кишечной палочки.(Bacterium coli).

     В  жилых помещениях, театрах, школах, а также в скотных дворах  можно обнаружить микобактерии  туберкулёза, пневмококки, стрептококки  и другие болезнетворные микроорганизмы. Больше всего их в воздухе закрытых, плохо убранных помещений, при недостаточных вентиляции и естественном освещении.

     Микроорганизмы, в том числе и вирусы, попадают  в воздух с капельками слюны  и слизи, которые человек и  животные выделяют при кашле  и чихании. Кроме того, с выделениями человека и животных, из трупов, различных отходов и отбросов в почву попадают также болезнетворные микробы. В сухую ветреную погоду они поднимаются в воздух.

     В  воздухе над сушей содержится  значительно больше микроорганизмов,  чем над морями и океанами. Воздух полярных районов ещё беднее, чем морской. Особенно большое количество микроорганизмов содержится в воздухе над крупными промышленными городами, где поднимается много пыли. Сравнительно меньше микроорганизмов в воздухе над лесами, парками, полями, горами и ледниками.

     Время  года оказывает сильное влияние  на содержание микрофлоры в  воздухе. Наибольшее количество  её в воздухе летом, наименьшее  – зимой. Количество микробов  уменьшается после дождя. Зимой  земля покрыта снегом и воздух  не может обогащаться микроорганизмами.

     С  удалением от поверхности земли  численность микроорганизмов в  воздухе заметно снижается. Состав  микрофлоры воздуха у поверхности  земли чрезвычайно изменчив в  зависимости от места и времени.  Он подвержен сезонным колебаниям, на него влияет также погода.    

     В  Интернете содержится интересная  информация о том, что британские ученые успешно воспользовались новым методом охоты на микробов, находящихся в облаках. Они впервые использовали метод "пылесоса" для изучения облаков. Исследователи хотят выяснить, не обладают ли микроорганизмы способностью влиять на выпадение осадков и другие природные явления. Они считают, что "летающие" микроорганизмы могут принести немало пользы. В рамках проекта "Серое небо" (Grey skies) ученые Университета Восточного Лондона изучали находящиеся в атмосфере бактерии, споры грибков и водорослей. Анализ проб впервые позволил определить состав и активность сообществ микроорганизмов. Предварительный анализ показал, что в облаках присутствуют различные микроорганизмы, например, бактерии, питающиеся аммиаком. До настоящего времени у ученых не было возможности искать, идентифицировать и анализировать такие сообщества микроорганизмов. Исследования уже помогли понять, как распространяются такие заболевания, как ящур. Возможно, удастся найти способ полива засушливых регионов с помощью дождей.

     1.23 Почва как среда обитания микробов 

     Особое  место среди природных сред  обитания микроорганизмов занимает  почва. Она  является основным местом обитания бактерий – «банком» бактериального генофонда земли. Это чрезвычайно гетерогенный (разнородный) по структуре субстрат, имеющий микромозаичное строение. Почва представляет собой совокупность множества очень мелких (от долей миллиметра до 3-5мм) агрегатов (шероховатых гранул, иногда объединённых в группы), пронизанных порами, омываемых почвенным раствором, протекающим по капиллярам.

     Остатки  растений и животных, гумусовые  вещества – органический элемент  почвы – распределены в ней  не равномерно, а сосредоточены в отдельных микроочагах, часто устилая плёнкой почвенные гранулы, создавая зоны, где протекает бурная, но непродолжительная деятельность микробных сообществ, заселяющих эти участки.

     На  поверхности почвенных частиц  микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толще сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

     Природные  микроколонии микробов представляют  собой размножающиеся в естественной среде популяции, т.е. совокупности родственных между собой особей (клеток) одного вида, расположенных на ограниченном участке природного субстрата. Их развитие начинается с формирования небольших групп клеток. Эти агрегаты клеток (преимущественно бактерий) не бывают хаотическими. Часто они соединены в розетки, спирали и иные организованные группы, образуя первичные микроколонии. Со временем эти первичные микроколонии, расположенные рядом либо разрастающиеся и образующие новые микроскопления, приводят к образованию популяционных колоний, заселяющих в отдельных местах почвенные гранулы.

     Сообщества  любых организмов, в том числе  микроорганизмов, представляют собой  не случайные скопления, а организованные  объединения популяций, обладающих коллективными функциями и взаимодействием. Такие объединения обладают большой стабильностью, и многие воздействия на среду обитания (вспашка, внесение удобрений и др.) не разрушают типичных для данного субстрата ценозов. Сообщества и популяции, их составляющие, обладают рядом особенностей: плотностью (количество особей на единице пространства), адаптивностью (способностью осваивать новые субстраты за счёт фонда дремлющих форм, физиологической адаптации активной микрофлоры и др.). Популяции (не только особи!) обладают возрастом, стареют. Микробные ценозы могут быть неполноценными по составу – не содержать некоторых специализированных групп микробов. Важным свойством микробных ассоциаций является их способность к авторегуляции состава и деятельности.

     Высшие  растения, являясь основным источником  питательных веществ для преобладающего  числа микробного населения почв  – гетеротрофов, - оказывают существенное  влияние на микробные ценозы.

     Зоны, непосредственно примыкающие к  корням живых растений, являются областями активного развития микроорганизмов. Это связано прежде всего с выделениями из корней (экзосмосом) органических веществ, синтезированных растениями. Совокупность микроорганизмов, содержащихся в большом количестве в узкой зоне вокруг корней, называют ризосферной микрофлорой.

     На  ризосферную микрофлору влияют  вид, возраст растений и их  состояние, положение и характер  распределения корней, тип почвы  и окружение. Корни растений  стимулируют или угнетают микробов  в разной степени. Бобовые растения чаще всего стимулируют развитие микробов. В ризосфере клеверов, например, обнаруживается значительно больше микроорганизмов, чем в зоне корней злаков и деревьев. Корневые выделения растений в случае длительного выращивания одних и тех же культур растений на одних и тех же площадях приводят к так называемому «почвенному утомлению». Такая обстановка в сочетании с монотонным по составу растительным опадом вызывает селекцию отдельных групп и даже видов микроорганизмов и их чрезмерное развитие в почвах. Следствием этого являются стойкие заболевания растений (при развитии патогенных для растений микробов), уносящие урожай.

     Мероприятия,  проводимые человеком, оказывают  огромное воздействие на микробные  ассоциации. Среди них наиболее  существенно применение химических средств борьбы с сорняками (гербициды), всевозможных протравителей семян, минеральных удобрений. Всё это в сочетании с разными типами обработки почв (вспашка, орошение, мелиорация) изменяет микробные ценозы, часто стойко и не всегда в желательном для хозяйства направлении. В этом плане во всём мире ведётся большая исследовательская работа.

     Широко  распространённое, даже среди некоторой  части специалистов, мнение о  почве как о подобии питательной  среды, которую можно заселить любыми микроорганизмами, глубоко неверно. Колонизация микробами отдельных участков может иметь место в течение непродолжительного времени. Затем вступают в действие те или иные регуляторные механизмы, и популяции «пришельцев» оказываются сведёнными к минимуму. Настойчивые попытки на протяжении многих лет применить бактеризацию почвы микроорганизмами с полезными для растений свойствами (фиксаторов азота, активных минерализаторов фосфорсодержащих веществ) оказались неуспешными.

2.МИКРООРГАНИЗМЫ  И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

     Условия внешней среды имеют в жизни микроорганизмов такое же большое значение, как и в жизни любого живого существа. Влажность, температура, кислотность среды, наличие кислорода и другие факторы влияют на рост микроорганизмов и распространение их в природе.

     2.1 Влажность среды

     Микроорганизмы способны жить  и размножаться только в присутствии  свободной воды, находящейся в  среде главным образом в капельно-жидком  виде. Растворённые в такой воде питательные вещества могут поступать в микробную клетку.

     Большое влияние на рост микроорганизмов  оказывает концентрация растворённых  в воде соединений. Если их  мало, раствор называется гипотоническим. При оптимальной концентрации этих веществ создаются условия для лучшего роста микроорганизма. Увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста организма в связи с повышением осмотического давления в окружающей среде. Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим.

     В растворах, имеющих более  высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние жить не могут. Это  объясняется тем, что вода выходит  из клетки наружу, клетка обезвоживается  и протопласт сжимается. Данное  явление носит название плазмолиза. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, оболочка которой может лопнуть, такое явление называют плазмоптизом.

     Высокое осмотическое давление  среды не препятствует росту  лишь некоторых микроорганизмов, называемых осмофильными,

т.е. «любящими» высокое осмотическое давление. Так, многие плесени из родов Aspergillus и Penicillium растут на едва увлажнённых субстратах. Даже мёд иногда разлагают дрожжи, которые растут при содержании сахара 70-80%. Подобные осмофильные дрожжи развиваются только при высокой концентрации сахара, но не выносят высокой концентрации солей.