stringtranslate.com

Пурпурные серные бактерии

Пурпурные серные бактерии (PSB) являются частью группы Pseudomonadota , способных к фотосинтезу , которые в совокупности называются пурпурными бактериями . Они являются анаэробными или микроаэрофильными и часто встречаются в стратифицированных водных средах, включая горячие источники , стоячие водоемы , а также микробные маты в приливно-отливных зонах. [5] [6] В отличие от растений , водорослей и цианобактерий , пурпурные серные бактерии не используют воду в качестве восстановителя и, следовательно, не производят кислород . Вместо этого они могут использовать серу в форме сульфида или тиосульфата (также некоторые виды могут использовать H2 , Fe2 + или NO2− ) в качестве донора электронов в своих фотосинтетических путях. [5] Сера окисляется с образованием гранул элементарной серы . Она, в свою очередь, может окисляться с образованием серной кислоты .

Пурпурные серные бактерии в основном делятся на два семейства: Chromatiaceae и Ectothiorhodospiraceae , которые производят внутренние и внешние гранулы серы соответственно, и демонстрируют различия в структуре своих внутренних мембран. [5] Они составляют часть порядка Chromatiales, включенного в Gammaproteobacteria . Род Halothiobacillus также включен в Chromatiales, в свое собственное семейство, но он не является фотосинтезирующим.

Характеристики пурпурных серных бактерий

Основные фотосинтетические пигменты: Бактериохлорофиллы a или b

Расположение фотосинтетических пигментов: плазматическая мембрана и хроматофор (комплексы пластинчатых мембран, являющиеся продолжением плазматической мембраны)

Фотосинтетические доноры электронов: H2 , H2S , S

Отложение серы: Внутри клетки

Метаболический тип: Фотолитоавтотроф [7]

Экология

Место обитания

Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в освещенных бескислородных зонах озер и других водных местообитаний, где накапливается сероводород, а также в «серных источниках», где геохимически или биологически произведенный сероводород может спровоцировать цветение пурпурных серных бактерий. Для фотосинтеза необходимы бескислородные условия; эти бактерии не могут процветать в кислородсодержащих средах. [8]

Наиболее благоприятными озерами для развития пурпурных серных бактерий являются меромиктические (постоянно стратифицированные) озера. [9] Меромиктические озера стратифицируются, поскольку имеют более плотную (обычно соленую) воду на дне и менее плотную (обычно пресную воду) ближе к поверхности. Рост пурпурных серных бактерий также поддерживается слоистостью в голомиктических озерах. [9] Эти озера термически стратифицированы; весной и летом вода на поверхности нагревается, делая ее менее плотной, чем лежащая под ней более холодная вода, что обеспечивает достаточно стабильную стратификацию для роста пурпурных серных бактерий. Если присутствует достаточно сульфата для поддержки восстановления сульфата, сульфид, образующийся в отложениях, диффундирует вверх в бескислородные придонные воды, где пурпурные серные бактерии могут образовывать плотные клеточные массы, называемые цветением, обычно в ассоциации с зелеными фототрофными бактериями.

Пурпурные серные бактерии также могут быть обнаружены и являются важным компонентом в микробных матах приливной зоны . Маты, такие как микробный мат Сиппевиссетта , имеют динамическую среду из-за потока приливов и поступающей пресной воды, что приводит к аналогичным стратифицированным средам, как меромиктические озера. Рост пурпурных серных бактерий возможен, поскольку сера поступает из отмирания и разложения микроорганизмов, расположенных над ними в этих приливных бассейнах. [5] Стратификация и источник серы позволяют PSB расти в этих приливных бассейнах, где встречаются маты. PSB может помочь стабилизировать эти отложения среды микробного мата посредством секреции внеклеточных полимерных веществ, которые могут связывать отложения в бассейнах. [10] [11]

Экологическое значение

Пурпурные серные бактерии способны влиять на окружающую среду, способствуя круговороту питательных веществ и используя свой метаболизм для изменения своего окружения. Они способны играть значительную роль в первичной продукции, что предполагает, что эти организмы влияют на круговорот углерода посредством фиксации углерода . [12] Пурпурные серные бактерии также способствуют круговороту фосфора в своей среде обитания, [13] и круговороту железа . [14] Благодаря подъему этих организмов фосфор, ограничивающий питательное вещество в кислородном слое озер, перерабатывается и предоставляется гетеротрофным бактериям для использования. [13] Это указывает на то, что, хотя пурпурные серные бактерии находятся в бескислородном слое своей среды обитания, они способны способствовать росту многих гетеротрофных организмов, поставляя неорганические питательные вещества в вышележащий кислородный слой. Другая форма переработки неорганических питательных веществ и растворенного органического вещества пурпурными серными бактериями осуществляется через пищевую цепь ; они действуют как источник пищи для других организмов. [13]

Некоторые пурпурные серные бактерии эволюционировали, чтобы оптимизировать условия окружающей среды для собственного роста. Например, в Южной Андросской черной дыре на Багамах пурпурные серные бактерии приобрели новую характеристику, при которой они могут использовать свой метаболизм для излучения тепловой энергии в окружающую среду. [15] Из-за неэффективности своих каротиноидов, или светособирающих центров, организмы способны выделять избыточную световую энергию в виде тепловой энергии. [15] Эта адаптация позволяет им более эффективно конкурировать в своей среде. Повышая температуру окружающей воды, они создают экологическую нишу , которая поддерживает их собственный рост, а также позволяет им вытеснять другие нетермоустойчивые организмы.

Рост в меромиктических озерах

Меромиктические озера — это постоянно стратифицированные озера, образованные градиентом концентрации солености. Сильно засоленный нижний слой отделен от верхнего слоя пресной воды хемоклином , где соленость резко меняется. Из-за большой разницы в плотности верхний и нижний слои не смешиваются, что приводит к образованию бескислородной среды под хемоклином. [16] Эта бескислородная среда со светом и достаточным количеством сульфида идеальна для пурпурных серных бактерий. [17] [16]

Исследование, проведенное в озере Махони, показало, что пурпурные серные бактерии способствуют переработке неорганического питательного вещества, фосфора. [16] Подъем пурпурных серных бактерий в верхний слой воды создает источник связанного фосфора, а активность фосфатазы высвобождает этот фосфор в воду. Затем растворимый фосфор включается в гетеротрофные бактерии для использования в процессах развития. Таким образом, пурпурные серные бактерии участвуют в цикле фосфора и минимизируют потерю питательных веществ. [16]

Биомаркеры

Пурпурные серные бактерии вырабатывают сопряженные пигменты , называемые каротиноидами , которые функционируют в светособирающем комплексе . Когда эти организмы умирают и тонут, некоторые молекулы пигмента сохраняются в измененной форме в отложениях. Одна произведенная молекула каротиноида, окенон, диагенетически изменяется в биомаркер окенан . Обнаружение окенана в морских отложениях подразумевает присутствие пурпурных серных бактерий во время захоронения. Окенан был обнаружен в одном осадочном обнажении из Северной Австралии, датируемом 1,64 миллиарда лет назад. [18] Авторы исследования пришли к выводу, что на основании наличия биомаркера пурпурных серных бактерий палеопротерозойский океан должен был быть бескислородным и сульфидным на глубине. Это открытие подтверждает гипотезу океана Кэнфилда .

Биоремедиация

Пурпурные серные бактерии могут способствовать снижению экологически вредных органических соединений и запаха в отстойниках для сточных вод навоза , где они, как известно, растут. Вредные соединения, такие как метан , парниковый газ, и сероводород , едкое, токсичное соединение, могут быть обнаружены в отстойниках для сточных вод. PSB может помочь снизить концентрацию обоих, и других. [19]

Вредные органические соединения могут быть удалены посредством фотоассимиляции, поглощения углерода организмами посредством фотосинтеза. [20] Когда PSB в лагунах выполняют фотосинтез, они могут использовать углерод из вредных соединений, таких как метан , [21] в качестве источника углерода. Это удаляет метан, парниковый газ, из лагуны и снижает воздействие загрязнения атмосферы лагун.

H 2 S может выступать в качестве источника серы для PSB во время тех же фотосинтетических процессов, которые удаляют органические соединения. Использование H 2 S в качестве восстановителя PSB удаляет его из лагуны и приводит к уменьшению запаха и токсичности в лагунах. [22] [23] [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ IMHOFF (JF): Порядок I. Chromatiales ord. nov. В: DJ BRENNER, NR KRIEG, JT STALEY и GM GARRITY (редакторы), Руководство Берджи по систематической бактериологии, второе издание, т. 2 (Протеобактерии), часть B (Гаммапротеобактерии), Springer, Нью-Йорк, 2005, стр. 1-3.
  2. ^ Boden R (2017). «Реклассификация Halothiobacillus hydrothermalis и Halothiobacillus halophilus в Guyparkeria gen. nov. в семействе Thioalkalibacteraceae. nov., с исправленными описаниями рода Halothiobacillus и семейства Halothiobacillaceae». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 67 (10): 3919–3928. doi : 10.1099/ijsem.0.002222 . hdl : 10026.1/9982 . PMID  28884673.
  3. ^ "Вэньчжоусянелла". www.uniprot.org .
  4. ^ Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М (2015). Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М (ред.). «Реферат номенклатуры Wenzhouxiangellaceae Wang et al. 2015». The NamesforLife Abstracts . doi :10.1601/nm.27206 (неактивен 1 ноября 2024 г.).{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  5. ^ abcd Хантер, К. Н., Далдал, Ф., Турнауэр, М. К., Битти, Дж. Т. «Пурпурные фототропные бактерии», Springer-Dordrecht , 2008.
  6. ^ Storelli, Nicola; Peduzzi, Sandro; Saad, Maged M.; Frigaard, Niels-Ulrik; Perret, Xavier; Tonolla, Mauro (2013-02-11). «Усваивание CO2 в хемоклине озера Каданьо доминируется несколькими типами фототрофных пурпурных серных бактерий». FEMS Microbiology Ecology . 84 (2): 421–432. Bibcode :2013FEMME..84..421S. doi : 10.1111/1574-6941.12074 . ISSN  0168-6496. PMID  23330958. S2CID  206920112.
  7. ^ Уша Мина, Пранав Кумар (2014). Фундаментальные и практические науки о жизни .
  8. ^ Проктор, Лита М (1997). «Азотфиксирующие, фотосинтетические, анаэробные бактерии, связанные с пелагическими веслоногими рачками» (PDF) . Aquatic Microbial Ecology . 12 : 105–113. doi : 10.3354/ame012105 .
  9. ^ аб Ван Гермерден, Ганс; Мас, Хорди (1995). Аноксигенные фотосинтезирующие бактерии. Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. стр. 50–57. ISBN 978-0-306-47954-0. Получено 6 октября 2017 г.
  10. ^ Хубас, К. и др. «Пролиферация пурпурных серных бактерий на поверхности осадка влияет на разнообразие и функциональность приливно-отливного мата», PLOS One , 5 декабря 2013 г. Получено 12 февраля 2020 г.
  11. ^ Stal LJ (2010) https://ac.els-cdn.com/S0925857409000160/1-s2.0-S0925857409000160-main.pdf?_tid=2a3d5a5e-cd79-11e7-aa3b-00000aacb35f&acdnat=1511130774_f1d9f08b3f0de5ea6f90b0d1427800bb Микрофитобентос как биогеоморфологическая сила в стабилизации приливно-отливных осадков. Ecol Eng 36: 236–245. doi:10.1016/ j.ecoleng.2008.12.032.
  12. ^ Storelli, Nicola; Peduzzi, Sandro; Saad, Maged; Frigaard, Niels-Ulrik; Perret, Xavier; Tonolla, Mauro (май 2013 г.). «Усваивание CO2 в хемоклине озера Каданьо доминируется несколькими типами фототрофных пурпурных серных бактерий». FEMS Microbiology Ecology . 84 (2): 421–432. Bibcode :2013FEMME..84..421S. doi : 10.1111/1574-6941.12074 . PMID  23330958.
  13. ^ abc Overmann, Jorg (1997). Достижения в микробной экологии . Том 15. Бостон, Массачусетс: Springer US. С. 252–258, 278, 279. doi : 10.1007/978-1-4757-9074-0. ISBN 978-1-4757-9074-0. S2CID  27575273.
  14. ^ Хаайер, Сюзанна; Кринен, Гийс; Джеттен, Майк; Оп-ден-Кэмп, Хууб (3 февраля 2012 г.). «Аноксические бактерии, циркулирующие железо, из пресноводной среды, богатой сульфидами железа и нитратами». Границы микробиологии . 3 : 26. doi : 10.3389/fmicb.2012.00026 . ПМК 3271277 . ПМИД  22347219. 
  15. ^ ab Herbert, Rodney; Gall, Andrew; Maoka, Takashi; Cogdell, Richard; Robert, Bruno; Takaichi, Shinichi; Schwabe, Stephanie (февраль 2008 г.). «Фототрофные пурпурные серные бактерии как тепловые двигатели в черной дыре Южного Андроса». Photosynthesis Research . 95 (2–3): 261–268. Bibcode : 2008PhoRe..95..261H. doi : 10.1007/s11120-007-9246-1. PMID  17906940. S2CID  8240348.
  16. ^ abcd Оверманн, Йорг; Битти, Дж. Томас; Холл, Кен Дж. (27 июня 1996 г.). «Пурпурные серные бактерии контролируют рост аэробного гетеротрофного бактериопланктона в меромиктическом соленом озере». Американское общество микробиологии . 62 (9): 3251–8. Bibcode : 1996ApEnM..62.3251O. doi : 10.1128/aem.62.9.3251-3258.1996. PMC 1388937. PMID  16535399 . 
  17. ^ Рогозин, Д. Ю; Зыков В.В.; Тарновский, МО (1 января 2016 г.). «Динамика пурпурных серобактерий в меромиктическом соленом озере Шунет (Хакасия, Сибирь) в 2007–2013 гг.». Микробиология . 85 (1): 93–101. дои : 10.1134/S0026261716010100. PMID  27301131. S2CID  18715218.
  18. ^ Брокс, Йохен Дж.; Шеффер, Филипп (01 марта 2008 г.). «Окенан, биомаркер пурпурных серобактерий (Chromatiaceae) и других новых производных каротиноидов из формации Барни-Крик, образовавшейся 1640 млн лет назад». Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (5): 1396–1414. Бибкод : 2008GeCoA..72.1396B. дои : 10.1016/j.gca.2007.12.006.
  19. ^ МакГарви, JA, и др. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1472-765X.2009.02683.x/epdf «Индуцирование роста пурпурных серных бактерий в отстойниках сточных вод молочных заводов путем циркуляции». Письма в прикладную микробиологию , т. 49, № 4, 2009, стр. 427-433.
  20. ^ "Фотоассимиляция | Определение фотоассимиляции на английском языке по Оксфордским словарям." https://en.oxforddictionaries.com/definition/photoassimilation Оксфордские словари | Английский язык , Оксфордские словари, en.oxforddictionaries.com/definition/photoassimilation.
  21. ^ Лейтем, AB, и др. https://ac.els-cdn.com/S0022030217305799/1-s2.0-S0022030217305799-main.pdf?_tid=a8cdccc8-cd79-11e7-8cad-00000aab0f6c&acdnat=1511130986_0d85d5d96ffb65e1ca976c83f8706f90 «Выбросы метана из молочных лагун на западе США». Журнал молочной науки , т. 100, № 8, 2017, стр. 6785-6803.
  22. ^ «Сероводород». http://www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide Национальный реестр загрязнителей , Департамент окружающей среды и энергетики правительства Австралии, www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide.
  23. ^ Caumette, P (1993). «Экология и физиология фототрофных бактерий и сульфатредуцирующих бактерий в морских солончаках». Experientia . 49 (6–7): 473–481. doi :10.1007/BF01955148. S2CID  40165089.
  24. ^ Дунган, RS; Лейтем, AB (2015). «Обнаружение «фиолетовых серных бактерий в фиолетовых и нефиолетовых молочных сточных водах». Журнал качества окружающей среды . 44 (5): 1550–1555. doi :10.2134/jeq2015.03.0128. PMID  26436272.