Экология: биология взаимодействия. 2.08. Биогеохимический цикл серы

2.07. Биогеохимический цикл азота

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.09. Биогеохимический цикл фосфора  

2.08. Биогеохимический цикл серы

Сера — довольно обильный (пятнадцатый по химической распространенности) в земной коре элемент, встречающийся в различных степенях окисления. Она является необходимым компонентом белков (0,8–2,4%), в которые входит в составе сульфогидрильных (–SH) и дисульфидных (–S–S–) групп.

Потребляется сера (автотрофами и большинством гетеротрофных микроорганизмов) в окисленной форме, в виде сульфатов. Этот процесс называется ассимиляционной сульфатредукцией. В отличие от двух ранее рассмотренных элементов, сера почти не представлена в атмосфере. Сероводород в атмосфере быстро окисляется кислородом, а оксид серы выпадает на поверхность земли вместе с дождями. Мы уже указывали, что определенный перенос серы через атмосферу осуществляется в виде диметилсульфида (см. пункт 2.03).

При разрушении органических веществ сера выделяется в восстановленной форме с выделением газа, имеющего неприятный запах, — сероводорода. Кроме сероводорода в ходе этого процесса могут образовываться и другие дурнопахнущие вещества, например, меркаптаны, которые со временем тоже превращаются в сероводород. То, что запах этих веществ кажется нам отвратительным, — следствие того, что они являются маркерами разрушения органического вещества в бескислородных условиях.

Ряд организмов способен проводить и диссимиляционную сульфатредукцию. При этом в бескислородной среде в качестве окислителей используется не кислород, а сульфаты (и в этой связи такой процесс называют еще сульфатным дыханием). Результат деятельности таких организмов хорошо виден в иловых отложениях. Слой ила (детрита), в который проникает кислород, обычно имеет коричневый цвет и не обладает неприятным запахом. Там, куда кислород не проникает, ил имеет черный цвет (из-за сульфида железа II) и отвратительный запах. Это результат активности, например, вибрионов Desulfovibrio. В гидротермальных местообитаниях, где в восстановительной среде имеются запасы вулканической серы, обитают (при температурах 40–100° С) термофильные сероредуцирующие археи и бактерии.

В окислительной среде сероводород окисляется до серы и сульфатов. Это связано с деятельностью различных групп организмов. Анаэробные фототрофные бактерии проводят анаэробный фотосинтез, окисляя сероводород до серы и сульфатов. Эти бактерии окрашены и имеют коричневый, зеленый или пурпурный цвет. Нейтральная сера может накапливаться в теле таких бактерий как пурпурные серные бактерии Chromatium в виде отдельных гранул. Для литотрофных сероокисляющих бактерий и архебактерий источником энергии служит не свет, а именно окисление сероводорода. Представителями этой группы являются тионовые бактерии и экстремально термоацидофильные серозависимые археи. Замечательный пример активности тионовых бактерий дают «черные курильщики» — выходы сероводорода на дне океана, где тионовые бактерии существуют в эндосимбиозе с вестиментиферами и моллюсками. К этой же группе принадлежат нитевидные бесцветные серобактерии Beggiatoa, населяющие очистные сооружения. Наконец, к окислению сероводорода способны многие другие гетеротрофы, в частности, многие грибы.

Запасы серы и сульфатов являются как результатом активности живых организмов, так и имеют неорганическое происхождение. Цикл серы испытывает серьезное влияние со стороны человека. Сжигание содержащих серу веществ (например, бурого угля) приводит к выбросу в атмосферу оксида серы SO2. Это соединение токсично само по себе и является одной из причин кислотных дождей (см. пункт 6.11).

 

Дополнительные материалы:

Учебная модель: БГХ-цикл серы в условиях современной Земли

 

2.07. Биогеохимический цикл азота

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.09. Биогеохимический цикл фосфора