Микрофлора вод Мирового океана
Мировой океан – это непрерывная водная оболочка Земли, занимающая 71% ее поверхности (361,1 млн. км 2 ). Он образован собственно океаном и его периферическими, впадающими в сушу частями – морями. Воды Мирового океана являются специфической средой обитания микроорганизмов. Это связано с характерным солевым составом воды, низкими температурами, высоким давлением, малыми концентрациями органических веществ.
В открытых районах Мирового океана общая численность микроорганизмов колеблется от нескольких тысяч до сотен тысяч в 1 см 3 , а на больших глубинах снижается до сотен и десятков 1 см 3 ; количество их намного ниже по сравнению с водами пресных водоемов. Количество микроорганизмов уменьшается по мере удаления от берегов и с глубиной.
Наибольшая концентрация легкодоступных форм органического вещества встречается в зоне активного фотосинтеза (на глубине 0…50 м), где сосредоточена растительная жизнь морского водоема, имеются в значительных количествах продукты распада планктона. Это обуславливает высокое содержание гетеротрофных микроорганизмов в поверхностных слоях морской воды, особенно в прибрежной части
К стойким формам органического вещества относится морской гумус. Он с трудом разлагается микроорганизмами и составляет основную массу органического вещества ниже зоны активного фотосинтеза. Это обуславливает заметное уменьшение численности и биомассы микроорганизмов, начиная с глубины 50…75 м.
Наибольшая плотность микроорганизмов отмечается в экваториально-тропической зоне Мирового океана. В данной области происходит обогащение воды аллохтонным органическим веществом в доступной форме, попадающим с огромного числа островов, а также со стоком крупнейших рек.
По мере удаления от устья рек наблюдается уменьшение количества растворенного органического вещества и соответственно снижение численности микроорганизмов.
Воды некоторых морей (например, Черного моря) содержат значительное количество сероводорода. Сероводород в воде образуется за счет жизнедеятельности микроорганизмов в результате двух процессов – аммонификации белковых веществ, осуществляемой анаэробными гнилостными микроорганизмами, и десульфатации (восстановления серосодержащих солей), осуществляемой гетеротрофными сульфатредуцирующими бактериями. Оба процесса протекают одинаково активно. Развитию сульфатредуцирующих бактерий способствует наличие впадин, где наблюдается слабая циркуляция воды, низкое содержание кислорода, обилие сульфатов и органического вещества, анаэробные условия препятствуют окислению сероводорода.
Морские илы содержат больше микроорганизмов, чем морская вода. Это обуславливает разнообразие биохимических процессов, протекающих на границе ила и придонного слоя воды.
Морским микроорганизмам присущ ряд свойств: психрофильность – они хорошо растут при 0 о C, а оптимальной температурой их развития является 20 о C; осмофильность; галофильность – микроорганизмы способны развиваться при концентрации соли в среде от 2 до 30%
В морских водах обнаружены бактерии, относящиеся к родам Pseudomonas, Micrococcus, Sercina, Vibrio. Aeromonas. Flavobacterium, Cytophaga, Bacillus.
Большинство бактерий способно образовывать пигменты. Кроме бактерий встречаются микроскопические грибы.
В морской воде встречаются микроорганизмы, содержащие окислительный фермент люцеферазу, который катализирует реакции, сопровождающиеся испусканием света — биолюминесценцию. Светящиеся микроорганизмы развиваются в слизи, покрывающей поверхность рыб, медуз, моллюсков и других мелких животных. Среди них описаны кокки, неспорообразующие палочки, вибрионы, а также некоторые грибы. Светящиеся микроорганизмы обнаруживаются только на теле здоровых гидробионтов, так как присутствие аммиака, выделяющегося гнилостными микроорганизмами, прекращает их развитие.
Микроорганизмы глубоких впадин переносят высокие давления и являются барофилами. Большинство из них относится к родам Pseudomonas. Micrococcus и Bacillus
Источник
Микробы морских глубин
М. И. Гольдин, доктор биологических наук. Рис. И. Афанасьевой
В 1906 году на пароходе «Андрей Первозванный» известный русский ученый Борис Лаврентьевич Исаченко отправился в далекое плавание, чтобы исследовать микробы, населяющие моря и океаны. Много вопросов хотелось решить пытливому исследователю. Ведь в ту пору даже не было известно, существуют ли бактерии в студеных водах Ледовитого океана.
В своем труде «Исследования над бактериями Северного Ледовитого океана», опубликованном лишь через 8 лет после завершения экспедиции, он писал: «Ясно было, что одним рейсом одного года достичь многого нельзя. Сознавалась обязательность вторичного исследования, чтобы составить более вероятные представления о постоянстве распределения бактерии по известным течениям и о постоянстве протекающих в них процессов. Но исполнить это условие, столь необходимое для точности работы, не пришлось — экспедиция прекратила свое существование».
И каким контрастом звучат слова того же ученого три десятилетия спустя!
В 1937 году в статье «Микробиологические исследования морей СССР» академик Б. Л. Исаченко писал: «Изучение микробиологии моря приняло в СССР широкие размеры, которых мы не видим в других государствах. Исследования в Черном море 1890 — 1891 гг. Андрусова, Зелинского, Лебединцева и др. впервые дали ясные доказательства значения микроорганизмов в биологии водоемов. Но развитие последовательной деятельности почти во всех морях, омывающих Союз, получило яркое и планомерное выражение только при Советском правительстве».
В 1946 году Институтом микробиологии Академии наук СССР вместе с Севастопольской станцией были организованы микробиологические исследования в глубоководных областях различных морей и океанов. До этого микробиологические изыскания проводились преимущественно в поверхностных слоях и прибрежных районах. Коллектив микробиологов, возглавляемый профессором А. Е. Криссом, смело и оперативно взялся за изучение микроорганизмов всей водной толщи и грунтов морей и океанов.
А Е. Крисс многие годы был сухопутным исследователем, но, включившись в работу отдела, руководимого в свое время академиком Б. Л Исаченко, постепенно перевоплотился в естествоиспытателя-мореплавателя. Он стал отважным «морским охотником» за бесконечно малыми существами — микробами, роль которых в жизни водоемов так же велика, как и на суше.
В необычных условиях
Изучение микрофлоры мирового океана задача исключительной трудности. Возьмем, например, такую проблему: учет численности ничтожно малых существ, величиною в тысячные доли миллиметра, на различных глубинах.
При благоприятных условиях представителя наиболее распространенных микроорганизмов бактерии — каждые 30—60 минут делятся пополам, и, следовательно, их число за этот короткий срок может удваиваться. Правда, в плавучем научно-исследовательском институте, каким является экспедиционное судно «Витязь», есть прекрасно оборудованная микробиологическая лаборатория. Но и при этих условиях получить точный оттиск плотности микробного населения и микробиологических процессов, происходящих в водной толще, очень и очень сложно.
К тому же на корабле покачивает, а нередко и очень основательно. Были случаи, когда еще неопытные участники экспедиции до того укачивались, выполняя заданную программу работ, что их приходилось срочно списывать на берег. Ведь в университете биологов не учили пройтись этаким морским волком по весьма неспокойной палубе с хрупкой аппаратурой в руках или часами, раскачиваясь, точно на качелях, просиживать за микроскопом. Но ко всему этому в конце концов можно привыкнуть. Сложнее преодолеть другие трудности. В воздухе, на поверхности аппаратуры — везде и всюду множество всяких микробов. Нужно найти такие методы и способы взятия пробы для анализов, чтобы действительно определить микробное население тех мест, которые подлежат исследованию, и не захватить обитателей верхних слоев моря и из воздуха. Здесь требуется не только ювелирная тонкость специальной техники, необычайно строгий режим лабораторной работы, но и талант экспериментатора. Эту задачу в значительной мере решил коллектив микробиологов, возглавляемый профессором А. Е. Криссом. В его фундаментальной книге, опубликованной в 1959 году, «Морская микробиология (глубоководная)» шаг за шагом прослеживается малейшая возможность занесения микробов в пробу извне. Так, например, кран батометра, канал которого не промывается морской водой, так как он закрыт во время спуска прибора, должен быть тщательно обработан пламенем. Вместе с тем сильное трение стенок батометра о воду препятствует прикреплению к ним бактерий и попаданию их таким путем в более глубоко расположенные слои воды. Это только два примера, а их можно привести десятки.
В результате строгого, пунктуального учета всех этих требований были проведены исключительно ценные опыты, достигнуты оригинальные результаты, выдвинуты смелые и весьма интересные гипотезы.
Микробы подо льдами
Успехи в деятельности профессора Крисса определялись, конечно, не только высокими требованиями к лабораторным работам. «Стало реальностью, — пишет Анатолий Евсеевич, то, что еще не так давно казалось несбыточной мечтой, проведение микробиологических исследований в Центральном Полярном бассейне, и в частности в районе Северного полюса. Небывалые возможности для микробиологических исследований в Центральной Арктике открылись с организацией дрейфующих станций». Теперь были все условия, чтобы ответить на вопрос: существует ли бактериальная жизнь в Центральной Арктике, в глубинах Северного Ледовитого океана, под многолетними паковыми льдами?
Полет на Северный полюс, работа на дрейфующей станции, да еще перед окончанием дрейфа, нередко сопряжены с непредвиденными опасностями. Но профессора Крисса это не смущало. Он охотно разделял все невзгоды и трудности, которые выпадали на долю мужественных жителей научных дрейфующих станций. В 1954 году ученый совершил два полета на станцию «Северный полюс-3», в 1955 году проводил исследования на станциях «Северный полюс-3» и «Северный полюс-5».
В 1956 году работа велась в районе полюса относительной недоступности. Плоские чашки с питательной средой для микроорганизмов и со специальными фильтрами, через которые пропускались пробы исследуемой воды, помещались в особые металлические коробки. Коробки подвешивались к куполу палатки, где все время поддерживается температура 25—27 градусов тепла. В этом своеобразном инкубаторе проращивались отдельные клетки микробов. Размножаясь, они образовывали многочисленное потомство колонию, видимую невооруженным глазом. По числу образовавшихся колоний микробиологи судят о количестве микробов в данном образце. И вот, точно на проявляемой фотопластинке, на фильтрах с образцами воды, взятых из разных глубин, стали появляться одна, две, десятки и даже сотни колоний.
В отдельных пробах, извлеченных из океана в Центральной Арктике с глубины 3 700 метров, было обнаружено на литр воды 140 бактерий, а с глубины 200 метров — 3 045 бактерий. В воде, взятой с глубины 100, 250 метров, и в иле, поднятом с глубины 3 450 метров, были найдены не только бактерии, но и дрожжи, образовавшие белые и розовые колонии.
Итак, «доказательства», что микроорганизмы действительно существуют в Центральной Арктике, в глубинах Северного Ледовитого океана под многолетними паковыми льдами, со всей очевидностью вырастали на плоских чашках микробиологов, подобно грибам после хорошего летнего дождя.
Масштабы исследований, проведенных профессором Криссом в течение двенадцати лет, весьма внушительны. Он с помощью немногочисленного коллектива произвел своеобразную перепись микробного населения морей Северного Ледовитого океана, Охотского, Гренландского и других вод Центральной Арктики, Тихого и Индийского океанов, Черного и Каспийского морей. Учеными-микробиологами были впервые обследованы глубочайшие впадины Тихого океана.
В книге «Морская микробиология», являющейся стройной летописью увлекательных экспедиций, приведен ценнейший фактический материал о количественном содержании и о видовом составе микроорганизмов на различных глубинах океанической толщи от поверхности до дна. В ней подробно описаны закономерности распространения микроорганизмов в разных географических зонах мирового океана.
Источник
Микроорганизмы в океанах и морях
Многие микроорганизмы, характерные для океанов и морей, обитают и в пресных водах.
Группа автотрофных фотосинтезирующих микроорганизмов весьма многочисленна и высокопродуктивна, представлена разнообразными водорослями, хитиновыми и фотосинтезирующими бактериями. Они распространены в эвфотических зонах, мощность которых в открытом океане достигает 150 м, в прибрежных водах с повышенной мутностью уменьшается до метров и даже нескольких десятков сантиметров. В донных осадках на мелководье фотосинтезирующие организмы могут жить в песке до глубины 10 мм одиночно или плотными «циновками». Морские хемосинтезирующие автотрофы обитают локально, в анаэробной среде, например, в Черном море на границе зоны сероводородного заражения или в районах действующих подводных вулканов.
Многолетние исследования А. Е. Крисса (1945—1976), проведенные в Мировом океане, позволили вскрыть основные закономерности экологического и географического распределения гетеротрофов (в основном сапрофитных бактерий) в толще воды во всех поясах от Северного полюса до Антарктиды. В водах океана живут микобактерии (Mycobacterium filiforme, Mycob. lacticolum, Mycob. luteum); неспороносные палочки, основную массу которых образуют Bacterium agile (особенно обильные в экваториально-тропических водах), Bact. candicans, Pseudobacterium biforme, Ps. liquida, Ps. sinuosa. Из спорообразующих бактерий наиболее распространены Bacillus cate — nula, Вас. idosus, Вас. filaris, а также кокки (Micrococcus albicans, M. radiatus, Sarcina subflava, S. luteola). Широки ареалы некоторых видов дрожжей, из спорообразующих — Debaryomyces globosus, D. guilliermondii, из неспороносных — Torulopsis aeria, Rhodotorula mucilaginosa, Rh. glutinis.
Метод капиллярной микроскопии Б. В. Перфильева и Д. Р. Габе (1961) в модификации Мицкевича позволил подсчитать численность микробного населения не только в поверхностных горизонтах, но и на больших глубинах (до 5000— 7000 м), где она очень мала.
Общая численность бактерий в воде различных географических поясов и областей Мирового океана варьирует в широких пределах. Наиболее богата бактериальным населением экваториально-тропическая область, где в 55% проб насчитывались десятки тысяч клеток в 1 мл воды, затем — субтропическая; самые бедные — субантарктическая и арктическая области, здесь более 75% проб содержали лишь сотни и тысячи клеток в 1 мл. Такие же различия отмечены для бактериальной биомассы и продукции.
Плотность географического распределения микробного населения в Мировом океане такая же, как и на суше: концентрация жизни увеличивается от полярных областей к экватору. Обилие сапрофитов в экваториально-тропических водах обусловлено богатством в них аллохтонного органического вещества, поступающего с речным стоком с континентальной и островной суши. Для вертикального их распределения характерна перемежаемость слоев, обедненных бактериальным населением или обогащенных, что может быть индикатором стратификации вод, в различной степени обогащенных аллохтонным органическим веществом. Микробиологические исследования показали, что экваториально-тропические воды проникают в полярные области, и, наоборот, воды высокоширотные обнаруживаются в тропической зоне и пересекают экватор.
Микроорганизмы населяют всю толщу воды, включая и донные отложения, даже на больших глубинах (6000—8000 м), где 1 г грунта содержит сотни и тысячи клеток; аэробов здесь больше, чем анаэробов. В шельфовой зоне численность микроорганизмов в донных осадках увеличивается до n•10 3 — n•10 4 на 1 г. Коралловые рифы — биотоп, в котором сосредоточена обильная бактериальная и грибная микрофлора (до n•10 6 — n•10 9 клеток в 1 г).
Современная океанология еще не оценила количественное и качественное значение взвешенных частиц для водных толщ Мирового океана, они создают огромные поверхности раздела твердой и жидкой фаз, имеющие в суммарном выражении не меньшее, а может быть большее значение, чем поверхность раздела «природная и иловая вода — донные отложения» (Крисс, 1976).
На поверхности твердых взвешенных частиц протекают абсорбционные процессы, способствующие концентрации и каталитическим превращениям различных органических и минеральных соединений, находящихся в воде океана. Бактерии широко используют границы фаз как экологическую нишу, осуществляя на поверхности раздела в результате своей жизнедеятельности сложные биокаталитические реакции.
Значительную долю в биомассе гетеротрофов составляют микроскопические простейшие животные из класса корненожек: радиолярии, имеющие подобно диатомовым водорослям, кремневый скелет, и фораминиферы, скелет которых состоит из углекислого кальция, иногда из сернокислого стронция или из подобных хитину органических веществ. По отмирании эти организмы опускаются на дно и образуют радиоляриевые илы, обогащенные кремнеземом, и глобигериновые — известковые илы. Первые распространены в более широком диапазоне глубин, чем вторые, так как при прохождении через большие толщи насыщенной углекислотой морской воды маленькие известковые раковины целиком растворяются, поэтому глобигериновые илы, дающие начало известковым породам, залегают на глубине 3500—4000 м, а радиоляриевые — глубже.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник