Значення бактерій-редуцентів в природі

Проблема взаємодії живих організмів один з одним і з неживою природою хвилювала і продовжує хвилювати практично всіх натуралістів. Однак наукові теорії, які намагаються пояснити таку взаємодію, з’явилися порівняно недавно, в кінці дев’ятнадцятого століття, і до сьогоднішнього дня вивчення екосистем – один з найперспективніших напрямів в науці. Сучасна теорія грунтується на тому положенні, що в основі всякої екосистеми лежить діяльність трьох груп живих організмів: продуцентів, консументів і редуцентов (бактерій і грибів).

Формування систем
Іноді ще зустрічається помилкове уявлення, що екосистема – це існуюче на всій поверхні планети Земля взаємодія природних і живих ресурсів. Такий підхід в корені не вірний. На планеті Земля існує маса екосистем, які функціонують як на дуже великих просторах, так і на відносно маленьких територіях. Приклади екосистем можна зустріти всюди:

Озера, річки, моря та інші водойми, кожен з яких має свою екосистему. Навіть деякі озера можуть відрізнятися один від одного по взаємодії присутніх у них організмів.
Лісова галявина.
Трусок з елементами гнилої деревини і т.д.
Можливість появи автономних екосистем практично нічим не обмежена. Навіть тварина, яке заражене паразитами, є екосистемою.

Компоненти взаємодії
Якщо вивчати тільки взаємодія живих представників біоценозу (екосистеми) між собою і з неживою середовищем, то їх ділять на три групи:

Продуценти – це рослини і деякі бактерії, які виробляють органічний матеріал (живу матерію) з неорганічних сполук. Трава, дерева, мохи, папороті – все це приклади продуцентів.
Гетеротрофи – це в основному тільки тварини, які харчуються тієї органікою, яку справили продуценти. Не тільки вовки та лисиці – приклад консументів, як приклад цієї групи можна також навести корів, мишей, людини і багатьох інших тварин. Серед консументів є також і рослини-паразити;
Редуценти – завершальний цикл біоценозу, який полягає в розкладанні органіки (залишків живих істот продуцентів і консументів) на неорганічні сполуки, які далі по колу йдуть в якості матеріалу для життя продуцентів.
Будова екосистеми

Руйнівники
Над руйнуванням колись колишньої Консументами живий органіки практично в кожній екосистемі трудяться бактерії і гриби. Редуцентов – рослин або тварин не буває в жодній екосистемі.

Завдяки яким механізмам бактерії отримали можливість розщеплювати органічні складні молекули на найпростішу неорганіки, з якої колись продуценти синтезували життя? Завдяки білкам, які синтезуються в клітинах бактерій-редуцентов.
Будучи високомолекулярними сполуками на основі амінокислот, деякі білки виступають каталізаторами (прискорювачами, активаторами) хімічних реакцій. Такі білки називаються ферментами.

У взаємодії бактерії-редуценти з відмерлої органікою процес розкладання виглядає наступним чином:

У клітці бактерії виробляється білок – фермент. Білок, необхідний для розкладання органіки, локалізується на зовнішній оболонці бактеріальної клітини. Такий фермент носить назву Екзоферменти. Прикладом агресивного ферменту, який присутній на зовнішній оболонці бактерії, є коллагеназа. Цей фермент розщеплює колаген, який присутній в шкірних покривах живих організмів.
У процесі розкладання органіки бактерія утилізує власну енергію, яка виробляється або за рахунок кисневого дихання, або в результаті інших енергетичних процесів.
Обмінявши енергію на поживні речовини, редуценти повертає в зовнішнє середовище продукти такої переробки – неорганічні речовини.
Редуценти, їх роль у природі

Користь для природи і людини
Загальна глобальна користь редуцентов очевидна. Але крім неї є і факультативні бонуси, які людське суспільство отримало, вивчаючи діяльність редуцентов. Перший антибіотик був природного походження, і в основі цього антибіотика лежить діяльність бактерії-руйнівника.

Вивчення бактеріальних ферментів, які здатні проникати всередину відмерлих органічних клітин, дало поштовх розвитку напряму, який вивчало можливість використання цих здібностей для проникнення в живі клітини і їх знищення. Саме так і був знайдений перший антибіотик природного походження – пеніцилін. У природі антибіотики в основному продукуються такий бактерією-редуценти, як актиномицета.

Пізніше були вивчені можливості штучного синтезу антибіотиків. Зараз виробництво синтетичних антибіотиків поставлено на конвеєр.

Продуценти, консументи, редуценти

Харчовий (трофічний) ланцюг є невід’ємною частиною існування всього живого на планеті. Це пояснюється тим, що завдяки його існуванню відбувається перенесення речовини і енергії за рахунок поїдання одних представників живої природи іншими. До цих представників, що населяють екосистему, можна віднести продуценти, редуценти і консументи.

Структура компонентів і трофічні ланцюги

У зв’язку з тим, що життєздатність неможлива без кругообігу енергії, всі організми віддають її один одному в послідовному порядку. За правилом 10% Ліндемана, яке вивчають екологія і біологія, наступна ланка харчового ланцюга отримує 10% енергії, яка була накопичена попереднім. Число здається невеликим, але для того, щоб усвідомити масштабність такого обсягу і причини розмірів, необхідно зрозуміти, хто її виробляє, а хто її отримує, і чи є цей процес кінцевим?

Типи харчових ланцюгів

Існує два типи трофічних зв’язків:

Продуценти консументи редуценти

Пасовищна, або ланцюг виїдання-ланцюг, в якій беруть участь продуценти і консументи. Діє за схемою: зелена рослина – рослиноїдна-хижак. Безпосередньо залежить від сонця і переміщення енергії по всіх ланках. Більше 80% екосистем працюють на цьому принципі.
Детритна, або ланцюг розкладання-ланцюг, формує яку процес деструкції, або розкладання органічної речовини. До неї найбільше причетні редуценти. Починається цей ланцюг з розкладається детриту, наприклад, відмерлого листа, який потім буде вжитий вищим ракоподібним — мокрицею. Вона, в свою чергу, стане джерелом їжі для птахів. Ці ланцюги менше залежать від сонця-важливо, щоб було надходження органічної речовини з іншої системи. Характерний приклад: грунти помірного поясу з багатим рослинним покривом і живуть в ньому організмами.

Продуценти, консументи і редуценти — це основні структурні компоненти обміну. Оскільки основне джерело тепла – сонце, то з нього починається весь потік, який повинен оброблятися живими організмами. В першу чергу, більшу його частину приймають на себе продуценти в процесі фотосинтезу.

Продуценти і їх роль в ланцюгах

Люди задаються питанням і часто не розуміють, як отримують енергію продуценти? Вся справа в фотосинтезі, який забезпечує їх сонячним світлом.

Фотосинтез – найважливіший хімічний процес, який виникає в зелених рослинах. Світло поглинається хлорофіллами – органелами клітини, властивими тільки рослинному організму, розщеплюється на водень і кисень. Водень і АТФ дають можливість перетворити вуглекислий газ (СО₂) в цукру, а саме глюкозу і крохмаль.

Кисень же бере участь безпосередньо в обміні речовин. За допомогою цього процесу все, що містить хлоропласти, і формує своє тіло.

Продуценти – це ті організми, які здатні виробляти органічне з неорганічного. Їх ще називають автотрофами, що створюють найпершими речовина для біосфери і формують екосистему. Автотрофи здатні накопичувати в собі речовини, і за цією ознакою вони поділяються на два основних види:

• фотоавтотрофи, або виробники, які переробляють сонячну енергію для отримання цукрів з СО2 (вуглекислого газу). До них, крім зелених рослин, відносять водорості і ціанобактерії;
• хемоавтотрофи: отримують енергію в результаті процесів окислення різних мінеральних сполук, що містять водень, азот, сірку, залізо і аміак.

Саме за рахунок цих типів і формуються інші Ланки в ланцюзі. Насадження лісу, Кімнатні рослини – все це збагачує середовище проживання киснем.

Далі йде Ланка, що іменується консументами.

Консументи та їх порядок

Консументи, або гетеротрофи – споживачі готової енергії. Вони не здатні синтезувати самі, тому потребують тих речовинах, що виробили для них. В ході травлення вони розщеплюють полімерні сполуки і засвоюють мономерні. Існують і деякі рослини, нездатні синтезувати речовини, наприклад, раффлезія. Живуть вони за рахунок паразитизму на зеленій рослині, адже хлорофіл виробити самі не можуть.

Дотримуючись правила 10%, можна зробити висновок про те, що 90% енергії буде втрачено. Саме за кількістю отриманої енергії консументи і діляться на свої порядки:

• консументи першого порядку – безпосередньо ті, хто отримав енергію з продуцента, вживши його в їжу, наприклад, травоїдний заєць;
• консументи другого порядку – хижі гетеротрофи, які включають в своє харчування особин з категорії першого порядку.

У вкрай рідкісних випадках екологічна піраміда може досягати чотирьох порядків. Гриби також відносяться до гетеротрофів, оскільки часто паразитують на пнях, коренях рослини або навіть на тілі тварини або людини. Але і не варто їх виключати зі списку редуцентів. Ці організми мають досить велике значення протягом всіх компонентів, адже можуть перебувати в трьох структурах. Консументи-важливий компонент, що формує біогеоценози, адже вони формують їжу для деструкторів.

Існують і додаткові ланки в трофічних ланцюгах. До них можна віднести детритофагов, що сприяють розвитку основних. Оскільки вони харчуються розкладається органічною речовиною, вони також накопичують енергію в своїх тілах і можуть послужити джерелом їжі для подальшого ланки. Наприклад, Жук-гнойовик, що харчується гниючої органікою, може бути з’їдений птахом, загибель якої також послужить джерелом накопичення енергії. Другий наочний приклад: шакали, що поїдають мертву газель, надалі будуть виконувати роль джерела їжі для консументів більш високого порядку.

Редуценти, або деструктори

Редуценти – ті організми, які руйнують відмерлі остананки продуцентів і консументів, перетворюючи їх знову в прості органічні сполуки і неорганіку. Називаються також сапротрофами. Люди часто плутають їх з детритофагами. На відміну від останніх деструктори не залишають тверді залишки, які не здатні перетравитися.

Оскільки вони здатні до переробки і рослинних, і тваринних залишків, їх часто відносять до окремого трофічного рівня. До групи руйнівника, здатного переварити органіку, відносять мікроорганізми і деякі види грибів. Досить часто до них відносять і паразитів, що населяють тіла, наприклад, бичачий ціп’як, аскариди та інші.

Їх роль в екологічній системі дуже важлива і невід’ємна, оскільки група деструкторів здатна повернути в грунт поживні речовини, які знову увійдуть в кругообіг і будуть забезпечувати нормальну функцію продуцентів. Екосистемі буде складніше обходитися без них, ніж без консументів.

Для чого потрібен трофічний ланцюг?

• Допомагає при аналізі відносин особин і популяцій один з одним в мережі живлення.
• Дає можливість оцінити кругообіг енергії і речовин в конкретній екосистемі і його впливу на глобальну картину циркуляції.
• Зрозуміти проблеми біорізноманіття, оцінивши скорочення одних організмів і популяцій за рахунок зростання інших і виявити динаміку розвитку.

✅Основні групи гетеротрофів

Гетеротрофи (від грец. Heteros – інший) – це організми, що використовують для свого харчування чужі тіла (живі чи мертві), тобто готові органічні речовини. Очевидно, що життєдіяльність гетеротрофів повністю визначається синтетичною активністю автотрофів.

Серед гетеротрофів виділяють три групи організмів:

1. вбивають об’єкт харчування (хижаки);
2. харчуються за рахунок інших організмів, але не вбивають їх (паразити, кровососи);
3. харчуються відмерлою органікою. Гетеротрофні організми виконують в екологічних системах роль консументів (до них відносять всіх тварин, частина мікроорганізмів, паразитичних і комахоїдних рослин) і редуцентів (головним чином гриби і бактерії). Останні в процесі свого харчування перетворюють їжу – органічні залишки – на неорганічні речовини (СО₂, Н₂О, мікроелементи), повертаючи таким чином їх у біосферу. Біомасу, яку утворюють гетеротрофи, називають вторинною.

За способом отримання їжі гетеротрофи діляться на:

Фаготрофи (голозої) заковтують тверді шматки їжі (тварини), осмотрофи поглинають органічні речовини з розчинів безпосередньо через клітинні стінки (гриби, більшість бактерій).

Трофічні зв’язки виникають між видами, коли один вид харчується іншим: живими особинами, мертвими залишками, продуктами життєдіяльності. Трофічний зв’язок може бути прямий і непрямої.

Прямий зв’язок проявляється при харчуванні вовків живими вівцями, гієн – трупами зебр, жуків-навозников – послідом великих копитних і т. д. Непрямий зв’язок виникає при конкуренції різних видів за один харчовий ресурс.

Трофічні зв’язки тварин і рослин мають першорядне значення, їх можна назвати взаємовідносинами автотрофних і гетеротрофних організмів. Продуценти – автотрофні організми, здатні виробляти органічні речовини з неорганічних, використовуючи фотосинтез або хемосинтез (рослини і автотрофні бактерії).

Гетеротрофи (фаготрофи, макроконсументи) – гетеротрофні організми, споживають органічну речовину продуцентів або інших консументів (тварини, гетеротрофні рослини, деякі мікроорганізми).

Гетеротрофи бувають першого порядку (фітофаги, сапрофаги), другого порядку (зоофаги, некрофаги) і т. д.

Редуценти (мікроконсументи, деструктори, сапротрофи, осмотрофи) – гетеротрофні організми, що живляться органічними рештками та розкладають їх до мінеральних речовин (сапротрофних бактерії і гриби).

І продуценти, і консументи частково виконують функції редуцентів, виділяючи в навколишнє середовище мінеральні речовини – продукти їх метаболізму.
Як правило, в будь-якій екосистемі виділяються три функціональні групи організмів:

• продуценти;
• консументи;
• редуценти.

В екосистемі харчові (трофічні) і енергетичні зв’язки йдуть в напрямку: продуценти – консументи – редуценти.