05.10.2018
Автор: Светлана Васильевна

Глобальные ниши прокариотов

nishi.png

Прокариоты являются важнейшим элементом биосферы. Благодаря рекордному биоразнообразию, непревзойденной численности и физиологической активности, за счет высокой скорости роста и размножения они активнее, чем другие формы жизни, воздействуют на абиотическую среду.

Прокариоты заселяют все пермиссивные ниши — от умеренных и максимально благоприятных для роста и размножения высших организмов до экстремальных, которые находятся на грани с абиотическим миром и где могут жить только некоторые археи.

Проявлению биологических свойств прокариотов способствует их почти неограниченная миграционная способность. Микроскопический размер (~1 мкм) и очень маленькая масса отдельной бактерии или археота (~10-12 г) содействуют тому, что они свободно переносятся воздушными потоками, водными течениями и мигрирующими животными, а по мере технологического прогресса цивилизации — транспортными средствами и их пассажирами.

На уровне локальных ниш прокариоты проявляют очень высокую инвазивность (проникающую способность), что определяется не только микроскопическим размером, но и подвижностью, а также адгезионными свойствами и ферментативной активностью.

Для прокариотов практически не существует географических барьеров. Действительно, при умении и настойчивости исследователь может обнаружить представителя почти любой фенотипической группы или любого филогенетического таксона во всех географических областях. Это справедливо и в отношении фантомных объектов, скрининг которых основан на выявлении последовательностей гена 16S рРНК в «природной» ДНК.

По образному выражению голландского микробиолога Баас-Бекинга «Все бактерии существуют повсеместно, но окружающая среда производит их отбор». Этим он хотел сказать, что пространственная структура микробных сообществ зависит только от их экологических свойств.

Прокариотов традиционно считали «идеальными» космополитами. Однако в последнее время появились данные, что среди них, хотя и редко, но встречаются эндемики. Как известно, пространственная изоляция приводит к дрейфу генов, и в условиях локальной адаптации может способствовать дивергенции прокариотов по аналогии с высшими организмами.

В качестве примера симбиотического эндемика можно назвать Synergistes jonesii. Мы также упоминали эндемичную цианобактерию G. violaceus. Среди морских психрофильных бактерий существуют как арктические, так и антарктические эндемики. Наконец, недавно обнаружены популяции археота Sulfolobus, генетический состав которых специфичен не для горячих источников определенного типа, а для разных географических регионов (Исландия, п-ов Камчатка, США).

Понятие «ниша» содержит в себе двойной смысл — как физический адрес (место обитания) и как функциональная роль в сообществе (положение в пищевой цепи). Прокариоты с их фактическим космополитизмом имеют глобальное функциональное значение. Однако специфика существования отдельных групп прокариотов зависит от типовой среды обитания, которая называется «глобальной нишей».

Глобальные ниши прокариотов различаются по размерам, доминирующему агрегатному состоянию, анизотропии и основным физико-химическим параметрам, а также по роли, которую в них играют другие живые организмы.

Глобальные ниши с «вяло выраженными» физико-химическими и трофическими условиями (например, морская вода или почва) не слишком благоприятны для развития прокариотов. Однако они его и не ограничивают. Поэтому для таких глобальных ниш характерна низкая численность локальных популяций на фоне богатого видового разнообразия. В то же время глобальные ниши с «остро выраженными» физико-химическими и трофическими условиями (например, горячие источники или инфекционные очаги) характеризуются высокой численностью локальных популяций при бедном видовом разнообразии.

Глобальные ниши - это основные типы сред, в которых существует биосфера. Они не только часть пространства со специфическими физико-химическими условиями, но и функциональные системы с циклом биогенных элементов, прежде всего углерода и азота.

В последнее время часто упоминается термин «вторая биосфера». Им обозначают подводные оазисы, в которых источником энергии и конструктивного материала служат земные недра. Однако в отличие от истинной биосферы, они представляют собой локальные экосистемы с упрощенным биологическим циклом.

В свою очередь, термином «третья биосфера» иногда обозначают подземные оазисы. Они также отличаются от истинной биосферы своей локальностью и упрощенностью биологического цикла.

Мы по отдельности рассмотрим такие глобальные ниши, как земная кора, водоемы, почвы и т. д. Но сначала необходимо подчеркнуть одно крайне важное обстоятельство.

Прокариоты — это так или иначе водные микроорганизмы, даже если они живут в глобальных нишах с твердой консистенцией. Объяснение данного «парадокса» заключается в том, что на клеточной мембране должен поддерживаться осмотический градиент протонов или катионов Na+.

Кроме того, субстратное питание прокариотов происходит только осмотрофным способом, т. е. путем поглощения молекул из водного раствора. Поэтому даже в «твердой» нише прокариоты всегда занимают вкрапления водной фазы — полости разного размера, а также пленки и капилляры.

Особо отметим такую глобальную нишу, как воздушный океан. Она превосходит другие по размеру и освоена высшими организмами: насекомыми, птицами и, до известной степени, техногенной цивилизацией. Однако вода, необходимая для питания прокариотов, присутствует в ней либо в газообразном состоянии, либо в виде исходно стерильного конденсата (капли тумана и дождя, снег, град).

Есть отдельные сообщения о том, что бактерий можно выделить из стратосферного воздуха и что они могут размножаться в каплях тумана. Тем не менее, воздушный океан для прокариотов — это не «дом», а только транзитная зона. Конечно, дно атмосферы заселено бактериями и археями, которые эпизодически доставляются турбулентными потоками с поверхности воды и суши. Однако оказавшись в этих условиях они «выпадают» из конкретной экосистемы.



Не нашли подходящую информацию? Не беда! Воспользуйтесь поиском на сайте в верхнем правом углу.