.jpg/1280px-Floating_Algal_Mats_(7634604112).jpg)
.jpg/1280px-Algal_mat_in_Marine_Park_(90933).jpg)
Водорослевые маты — один из многих типов микробного мата , который образуется на поверхности воды или камней. Обычно они состоят из сине-зеленых цианобактерий и отложений. Формирование происходит, когда чередующиеся слои сине-зеленых бактерий и отложений откладываются или растут на месте, образуя темные слоистые слои. Строматолиты являются ярким примером водорослевых матов. Водорослевые маты сыграли важную роль в Великом процессе окисления на Земле, произошедшем около 2,3 миллиарда лет назад. Водорослевые маты могут стать серьезной экологической проблемой, если они станут настолько обширными или толстыми, что нанесут вред другим подводным морским обитателям, блокируя солнечный свет или производя токсичные химические вещества .
Цианобактерии , обнаруженные в осадочных породах, указывают на то, что бактериальная жизнь зародилась на Земле в докембрийский период. Ископаемые цианобактерии обычно встречаются в горных породах, относящихся к мезопротерозою . [1] Цианобактерии в природе являются фотоавтотрофами; они преобразуют углекислый газ и солнечный свет в пищу и энергию посредством фотосинтеза . Некоторые виды также способны фиксировать атмосферный азот и превращать его в биологически пригодную форму нитрата или нитрита . [2] Это дает им конкурентное преимущество перед другими организмами, которое может быть ограничено нехваткой биологически доступного азота. Колонии цианобактерий содержат два типа клеток: обычные клетки с хлорофиллом, осуществляющие фотосинтез, и гетероцисты , фиксирующие азот. Эти гетероцисты имеют толстые стенки и лишены хлорофилла, что ограничивает их воздействие кислорода, присутствие которого подавляет фиксацию азота. По той же причине фиксация может быть ограничена ночным временем, когда светозависимые реакции фотосинтеза прекращаются, что сводит к минимуму выработку кислорода. [1]
Строматолиты представляют собой чередующиеся слои цианобактерий и отложений. На размер зерен осадочной части строматолитов влияют условия отложения. В протерозое в составе строматолитов преобладали микрит и тонкослоистый известковый ил толщиной не более 100 микрон. [3] Современные строматолиты характеризуются более толстой и неравномерной слоистостью из-за более крупного размера зерен. Строматолиты улавливают частицы осадка, когда частицы приходят в состояние покоя в результате волнового волнения. [3] Захват — это отдельный процесс, при котором нити бактерий захватывают частицу при условии, что угол нитей все еще находится в определенных пределах, прежде чем зерно скатится из-за преодоления трения пленки. [3] Длина нитей цианобактерий играет важную роль в определении размера захваченных зерен. Отмечено, что эти бактериальные маты отмечены такими геохимическими областями, как вулканизм и тектоника. Они предпочитают суровые условия, которые либо обеднены питательными веществами, либо имеют высокий уровень солености. [2] Эта устойчивость также может быть связана с автотрофным образом жизни бактерий, который позволяет им процветать в различных суровых условиях. Строматолиты можно найти в местах с варьирующейся температурой, например, в морской воде, на озере и в почве [1].
Водорослевые маты состоят в основном из нитей автотрофных бактерий и мелкозернистых частиц. Эти бактерии хорошо известны благодаря образованию строматолитов. Фототрофные бактерии, такие как цианобактерии, являются эволюционными организмами, ответственными за повышенный уровень кислорода в протерозойскую эпоху. Это событие было известно как « Великое событие окисления» , во время которого возникли сложные эукариотические формы жизни, возможно, из-за увеличения доступности кислорода. [4] Сохранившиеся строматолиты называются строматолитами. Их легко узнать по кристаллизованным, тонкослоистым слоям и куполообразной, столбчатой или конической форме. Однако этого нельзя сказать о некристаллизовавшихся строматолитах. Отсутствие многих хорошо сохранившихся строматолитов было предложено как следствие продолжающегося диагенеза во время формирования. [5] Диагенез – это процесс выветривания, при котором вновь отложившиеся отложения лежат на поверхности старого осадочного слоя, погребены и уплотнены, литифицированы и подняты на поверхность в виде осадочных пород. [3]
Быстрое образование водорослевых матов может привести к вредоносному цветению водорослей (ВЦВ), также известному как красные или зеленые приливы. Известно, что ВЦВ производят широкий спектр токсинов, при этом часто обнаруживаются новые токсины, что делает задачу понимания этих явлений все более сложной. ВЦВ можно обнаружить в воде, имеющей большое значение для экономики и окружающей среды; с соленостью от низкой до высокой, например, в реках и озерах, водохранилищах и океанах. Токсины могут просачиваться в толщу воды, откуда они могут попадать в местный водопровод, поражая людей и домашний скот. Токсины могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на организм. Некоторые морские обитатели непосредственно восприимчивы к токсинам, вызываемым ВЦВ, тогда как другие страдают от накопления токсинов в течение определенного периода времени. Этот процесс биоаккумуляции обычно поражает такие организмы, как моллюски-фильтраторы и вторичные потребители. Подсчитано, что ежегодно в Азии происходят тысячи случаев отравления людей токсичной водой. По оценкам, единичные случаи гибели рыбы ВЦВ в Корее обошлись в миллионы долларов, а в Японии такие события, по оценкам, привели к потерям рыбы на сумму более 300 миллионов долларов. [6]
Более того, некоторые ВЦВ вредны для экосистемы просто из-за накопления биомассы . Такое накопление биомассы может привести к множеству негативных последствий. Во-первых, их рост и распространение могут уменьшить проникновение света в толщу воды, тем самым снижая пригодность среды обитания для роста подводных трав. Чрезмерно высокая биомасса также может привести к закупорке жабр рыб, что приведет к удушью. Цветение высокой биомассы также может привести к развитию «мертвых зон», образующихся, когда водоросли начинают отмирать, а их разложение истощает воду кислородом. Мертвые зоны неспособны поддерживать (аэробную) водную жизнь и являются причиной ежегодных потерь рыбы на миллионы долларов. [6]
Сырье для биотоплива третьего поколения представлено как микро-, так и макроводорослями, что дает дополнительные преимущества по сравнению с предыдущими поколениями. (Биотопливо первого поколения производится из пищевого сырья, такого как кукуруза, соя, сахарный тростник и рапс. Второе поколение биотоплива из отходов и специального лигноцеллюлозного сырья имеет преимущества по сравнению с биомассой первого поколения.) Морская и водная биомасса предварительно демонстрирует высокий выход при минимальных затратах. использование пахотных земель. Основными преимуществами водорослей являются: отсутствие конкуренции с продовольственными культурами за пахотные земли, высокие темпы роста и низкое содержание лигнина, что снижает потребность в энергоемкой предварительной обработке и совместимость с внедрением подхода биопереработки. Было доказано, что макроводоросли могут в 2–20 раз превышать производственный потенциал обычных наземных энергетических культур. Однако некоторые недостатки, такие как высокое содержание воды, сезонный химический состав и возникновение ингибирующих явлений во время анаэробного сбраживания, делают водорослевое биотопливо неэффективным. тем не менее, они экономически целесообразны, хотя они более экологичны, чем ископаемое топливо. [7]