Екологія: біологія взаємодії. II-08. Біогеохімічний цикл Сульфуру

II-08. Біогеохімічний цикл Сульфуру

Сульфур — досить поширений (п'ятнадцятий по хімічній поширеності) в земній корі елемент, що зустрічається в різних ступенях окислення. Вона є необхідним компонентом білків (0,8-2,4%), в які входить в складі сульфогідрільних груп (-SH) і дисульфідних (-S-S-) груп.

Споживається Сульфур (автотрофами та більшістю гетеротрофних мікроорганізмів) в окисненій формі, у вигляді сульфатів. Цей процес називається асиміляційною сульфатредукцією. На відміну від двох раніше розглянутих елементів, Сульфур майже не представлений ​​в атмосфері. Сірководень в атмосфері швидко окислюється киснем, а оксид Сульфуру випадає на поверхню землі разом з дощами. Ми вже вказували, що певна кількість Сульфуру переноситься через атмосферу у вигляді диметилсульфіду (див. пункт 2.03).

При руйнуванні органічних речовин Сульфур виділяється у відновленій формі з виділенням газу, що має неприємний запах, — сірководню. Крім сірководню в ході цього процесу можуть утворюватися й інші смердючі речовини, наприклад, меркаптани, які з часом теж перетворюються в сірководень. Те, що запах цих речовин здається нам огидним, — наслідок того, що вони є маркерами руйнування органічної речовини в безкисневих умовах.

Ряд організмів здатний проводити й дисиміляційну сульфатредукцію. При цьому в безкисневому середовищі як окислювачі використовується не кисень, а сульфати (у зв'язку з цим такий процес називають ще сульфатним диханням). Результат діяльності таких організмів добре видно в мулових відкладеннях. Шар мулу (детриту), в який проникає кисень, зазвичай має коричневий колір і не має неприємного запаху. Там, куди кисень не проникає, мул має чорний колір (через сульфід Феруму II) і огидний запах. Це результат активності, наприклад, вібріонів Desulfovibrio. У гідротермальних оселищах, де в відновному середовищі є запаси вулканічної сірки, живуть (при температурах 40-100° С) термофільні сульфурредукуючі археї та бактерії.

У окислювальному середовищі сірководень окислюється до сірки та сульфатів. Це пов'язано з діяльністю різних груп організмів. Анаеробні фототрофні бактерії проводять анаеробний фотосинтез, окислюючи сірководень до сірки та сульфатів. Ці бактерії пофарбовані і мають коричневий, зелений або пурпурний колір. Нейтральна сірка може накопичуватися в тілі таких бактерій як пурпурні сірчані бактерії Chromatium у вигляді окремих гранул. Для літотрофних сульфурокіслюючих бактерій і архей джерелом енергії служить не світло, а саме окислення сірководню. Представниками цієї групи є тіонові бактерії та екстремально термоацідофільні сульфурзалежні археї. Чудовий приклад активності тіонових бактерій дають «чорні курці» — виходи сірководню на дні океану, де тіонові бактерії існують в ендосимбіоз з вестиментиферами і молюсками. До цієї ж групи належать ниткоподібні безбарвні серобактерии Beggiatoa, що населяють очисні споруди. Нарешті, до окислення сірководню здатні багато інших гетеротрофів, зокрема, багато грибів.

Цикл Сульфуру відчуває серйозний вплив з боку людини. Спалювання речовин, що містять Сульфур (як-от бурого вугілля), призводить до викиду в атмосферу оксиду Сульфуру SO₂. Ця сполука є токсичною й сама по собі та, крім того, є однією з причин кислотних дощів (див. пункт 6.11).