<р>
В природе круговорот азота имеет решающее значение для здоровья экосистем. Среди них особую и важную роль играют бактерии, окисляющие аммиак. Эти крошечные организмы могут превращать аммиак в нитраты и обеспечивать почву необходимыми питательными веществами. В этой статье будет рассмотрено ключевое положение бактерий, окисляющих аммиак (АОБ) и их сестринской группы архей, окисляющих аммиак (АОА), в азотном цикле и то, как они формируют этот деликатный, но важный экологический процесс.
Первый этап азотного цикла: окисление аммиака
<р>
Процесс окисления аммиака начинается с окисления аммиака (NH
3) или радикала аммония (NH
4+) с образованием нитрита (NO < sub>2
-). Этот процесс часто называют окислением аммиака, и успех этого этапа лежит в основе круговорота азота.
Эти крошечные организмы превращают аммиак в нитраты, обеспечивая почву необходимыми питательными веществами.
<р>
Аммиакокисляющие бактерии (АОБ) и аммиакоокисляющие археи (АОА) являются основными организмами, осуществляющими этот процесс, проявляя свое разнообразие и приспособляемость в различных средах. AOB обычно принадлежит к грамотрицательным бактериям и может широко выживать в почве, водных системах, очистных сооружениях и других местах. Например, такие роды, как Nitrosomonas и Nitrococcus, часто изучаются как бактерии, окисляющие аммиак, и их можно встретить во многих средах.
Бактерии, окисляющие аммиак (АОБ)
<р>
Бактерии, окисляющие аммиак, известны своей способностью превращать аммиак в гидроксиламин. Один из ключевых ферментов, монооксигеназы аммиака (АМО), необходим для окисления аммиака до гидроксиламина. Этот процесс весьма чувствителен к условиям окружающей среды (таким как pH, температура и снабжение кислородом), поэтому распространение аммиакокисляющих бактерий тесно связано с окружающей средой.
Археи, окисляющие аммиак (АОА)
<р>
Хотя до 2005 года учёные считали, что окислять аммиак способны только бактерии, окисляющие аммиак, присутствие в спреях архей, окисляющих аммиак, изменило это мнение. По сравнению с AOB, АОА обычно доминируют в почве и морской среде, что делает их важными игроками в окислении аммиака. Кроме того, кренархеол, соединение, уникальное для архей, было предложено в качестве биомаркера АОА, что показывает его корреляцию с окислением аммиака.
Процесс окисления азотистой кислоты
<р>
На втором этапе азотного цикла нитрит дополнительно окисляется до нитрата — процесс, широко известный как окисление нитрита. За этот этап обычно отвечают нитритокисляющие бактерии, которые встречаются в почве, пресноводных и морских экосистемах и обеспечивают необходимую поддержку для завершения азотного цикла.
Новое открытие полного окисления аммиака
<р>
В 2015 году ученые обнаружили, что некоторые бактерии, такие как Nitrospira inopinata, могут окислять аммиак до азотной кислоты за один этап, и это открытие произвело революцию в нашем понимании азотного цикла. В этом процессе деятельность многих микроорганизмов не только поддерживает биогеохимический круговорот азота, но и обеспечивает растения необходимыми нитратами. Существование этого процесса, несомненно, заставляет переосмыслить основную роль микроорганизмов в экосистемах.
Историческая справка о круговороте азота
<р>
Знания о круговороте азота восходят к XIX веку, когда Луи Пастер впервые выдвинул идею о том, что окисление аммиака является биологическим процессом. Со временем многие ученые провели углубленные исследования азотного цикла, и процесс окисления нитрита стал решающим звеном в этом цикле. Именно эти ранние исследования привели к развитию современной микробиологии.
Значение экологии
<р>
Учитывая, что азот является важным элементом для роста растений, роль бактерий, окисляющих аммиак, особенно заметна в сельскохозяйственных условиях. Когда аммиак попадает в почву, он в ходе круговорота азота превращается в нитраты, которые растения могут усваивать. Это особенно важно при внесении удобрений, поскольку влияет на очистку и потерю азота. Что еще более важно, процесс конверсии аммиака также играет незаменимую роль в удалении азота из городских сточных вод, поэтому бактерии, окисляющие аммиак, играют важную роль в науке об окружающей среде.
Будущие задачи
<р>
По мере того, как во всем мире усиливаются экологические проблемы, такие как изменение климата и загрязнение азотом подземных вод, понимание и управление азотным циклом стали важным текущим вопросом. Способность бактерий, окисляющих аммиак, адаптироваться к круговороту азота в экстремальных условиях дает важные подсказки для будущего восстановления и проектирования экосистем. В то же время актуальным вопросом, требующим решения, стал эффективный выбор ингибиторов окисления аммиака для снижения потерь азота и повышения эффективности удобрений.
<р>
К каким изменениям в этом мире микроорганизмов приводят бактерии, окисляющие аммиак, и как они повлияют на наше будущее?