Przyroda, strona 16

Czy bagno może wciągnąć dom, zdrowe drzewo czy nawet kościół? Nauką zajmującą się bagnami jest paludologia, bagno to obszar o zwiększonej wilgotności, bagno stanowi zawiesina wodna osadów, roślinności-hydrofitów i helofitów oraz korzeni drzew i krzewów. Pod warstwą roslin i glonów jest woda lub zawiesina wodna osadów, czyli błoto. Ma różną gęstość. Głębokość wody i zawiesiny jest różna.
Bagna dzielimy na:
-bagna ombrogeniczne zasilane sa wodą opadową, gleby to moreny i sandry, zajmuja obszary krasowe i wydmowe w porośniętych torfowcami dolinach.
-topogeniczne zasilane wodami podziemnymi (podziemne rzeki lub jeziora), zajmują obszary bezodpływowe lub wysoczyzny morenowe.
-soligeniczne są w miejscach wyplywu podziemnych wód u podnóży stoków i krawędzi dolin, woda wypełniająca podziemne jaskinie uchodzi tędy na zewnąrz.
-fluwiogeniczne, są zasilane rzekami, wodami gruntowymi, towarzyszą ciekom wodnym.
Ze względu na stopień uwodnienia bagna dzielimy na stale zasilane wodą trzęsawiska pokryte warstwą, kożuchem roslinności, czyli płem, wiszar to pło na torfowisku wiszącym, czyli leżącym w obszarach źródliskowych, gdzie woda wybija na zewnątrz.
Mokradła stałe, gdzie woda przez cały czas jest blisko powierzchni gruntu.
Mokradła okresowe, gdzie poziom wody zmienia się wraz z porą roku, największy jest w czasie deszczy i roztopów, latem w czasie suszy opada.
Bagnistość to stopień ubagnienia danego obszaru, wyliczona w procentach, Ab to pole zabagnione, A pole powierzchnia odniesienia W polsce wynosi 8,3%.
Bagna mają różną głebokość, która zależy od głebokości wody poniżej roslinności, mają też różna powierzchnię. Zależy od wilekości zbiornika wodnego poniżej. Grunt bagna jest niestabilny, luźny, pod spodem jest woda, nic dziwnego więć, że ludzie czy zwierzęta nie wiedzące jak się po bagnie poruszać toną (łosie i inne zwierzęta zyjące na bagnach nauczyły się bezpiecznych tras, dlatego ludzie spacerujący po bagnach poruszają sie po sladach łosi, nie można tego robić samodzielnie, tylko pod okiem doświadczonego przewodnika). W zależności od wód zasilających bagno jego powierzchnia może się zwiększać i maleć, zależnie od opadów, tak jak powiększa sie poziom innych zbiorników wodnych. Woda ma zdolność erozjii, podmywa pobliskie skały, wypłukuje gleby, zabiera część lądu, erozje widać na klifach morskich, z czasem zerodowany kawałek skały zapada się dzięki sile ciężkości i wpada do moża, klify zapadaja się szybko, teren wokół bagien dzięki sile wyporu i gęstości zapada się stopniowo, także erozja na takich zbiornikach wodnych, gdzie ruch wody jest łagodny i powolny przebiega wolniej. Grunt zapada się wolniej. Woda może jednak podmyć fundamenty budynków czy korzenie drzew, które sie potem przerwacają.
Wody podziemne wypełniają pory i peknięcia w skałach, rodzaj i zaleganie skał, wody gruntowe, wody powierzchniowe kształtują ilośc i jakość tych wód. Woda przesiąka przez niektóre skały zatrzymuje się na nieprzepuszczalnych i tworzy się warstwa wodonośna, jest to zwierciadło swobodne, czyli podziemne jezioro w skale, zwierciadłow głebne wypełnia cała mozliwą przestrzeń. Wody wgłebne kontaktują się z gruntem, zasilaja je wody opadowe, wody z rzek, jezior w miejscach ujścia warstw wodonośnych na powierzchnię, wody głebinowe sa na dużej głebokości, są wysoko zmineralizowane i gorące.
Dla bagien znaczenie maja wody wgłębne, opadowe i nadziemne cieki i zbiorniki wodne.
Częśto słyszy się o jeziorach bez dna albo o makradłach wciągających drzewa, wiemy, że każdy dół, jezioro ma dno, wiemy, że drzewa pływaja po powierzchni, ale co jeśli bagno łaczy się z podziemnymi rzekami, plynącymi w grotach i pieczarach czy jeziorami, co gdy mniej wody jest w podziemnym zbiorniku niz nadziemnym? Wtedy woda będzie spływać, oczywiście stopniowo, dlatego, że działają tu opady, zasilanie z zewnątrz oraz opór zawiesiny, taki nurt porywa drzewo, czasem takie drzewo wypływaw innym miejscu, to porywa je nurt podziemnej rzeki i z wodą drzewo wypływa na zewnąrz, tam gdzie rzeka wypływa na powirzchnie.
Bagno to dom wielu roslin i zwierząt, rośną tu turzyce, manna mielec, trzcina, kaczeńce, skrzypy, borek, mchy, torfowce, częśto duże obszary bagien zarastają torfowcami, powstaja torfowiska. Żeruja i gniazdują tu ptaki blotne. Szczątki opadłe do bagien np. gałązki, drzewa rozkładaja się, beztlenowy rozkład daje wydzielanie fosforu, uwalnianego jako błedne ogniki. Żyją też swietliki i inne owady. W osadach żyją bakterie beztlenowe.

Te bakterie można wykorzystać do usuwania plam ropy. Jest kilka takich bakterii. Delsulfovibrio oxyclinae rozkałda węglowodory aromatyczne. Jest beztlenową bakterią redukującą też siarczany, współpracuje z bakteriami z rodzaju Marinobacter sp., która jest fakultatywnym tlenowcem z wody morskiej, rozkłąda ona długołańcuchowe węglowodory. Dużą zdolnośc rozkładania ropy ma gramm-ujemna Alcanivorax borkumensis. Występuje ona w górnych warstwach wód slodkich i slonych. Acinetobacter HO1-N, obligatoryjnie beztlenowa, gramm-ujemna bakteria zamyka heksany w pęcherzykach blonowych, blona komórkowa uwypukla się, otacza heksany, potem pęcherzyk łączy sie z błoną komórkową, heksany ida do wnętrza komórki, gramm-dodatnia pałęczka Nocardia sp. tworzy zewnętrzne pęcherzyki i tubule, to endocytoza. Pałeczka ropy błekitnej Pseudomonas aeruginosa dobrze mnozy się w ropie naftowej i zuzywa ją. Większośc tych bakterii ma hudrofobową powierzchnię komórki ułatwiająca transport ropy.
Główny składnik ropy alkany są absorbowane na 3 sposoby, lekkie cząsteczki rozpuszczalne, mikrokrople i makrokrople. Wchłanianie zależy od bakterii, warunków zewnętrznych i alkanu. Bakterie wydzielają biosurfaktanty, które otaczają krople ropy i są wchłaniane przez bakterie. Najłatwiej degradowane sa liniowe alkany od 10 do 25 atomów węgla, potem gazowe węglowodory: etan, propan, butan, potem drobnołańcuchowe od pentanu do nonanu, potem rozgałezione lańcuchy do 12-węglowych, potem alkeny od 2 do 11 atomów węgla, potem rozgałęzione alkeny, potem cykloalkany, na końcu monomery i polimery, są grupy bakterii ozkłądające te związki, warunki zewnętrzne decydujące o rozkąłdzie ropy to tlen, temperatura, pH i inne potrzebne bakteriom związki.
Szlaki biodegradacji alkanów:
-oksydacja terminalna polega na przyłaczeniu aktywnego tlenu do ostatniego lańcucha alkilowego, powstaje pierwszorzedowy alkohol, tu monooksydaza n-alkanowa dołącza O2 jest alkohol, dehydrogenaza alkoholowa odłącza cząsteczke wodoru powstaje aldehyd, dehydrogenaza aldehydowa zmienia go w kwas tłuszczowy, monooksydaza ω-kwasów tluszcozwych dodaje grupe OH, dehydrgoenaza alkoholowa zmienia grupę hydroksylową w aldehydową, dehydrogenaza aldehydowa tworzy drugą grupę -COOH.
-oksydacja subterminalna to utlenie środkowej gr metylenowej, powstaje alkohol drugorzędowy, monoksydaza subterminalna działa na alkan powastaje drugorzędowy alkohol, na niego działa dehydrogenaza alkoholowa powstaje keton, monooksydaza Baeyer-Villiger daje ester, esteraza hydrolizuje go na kwas tluszczowy i alkohol.
Kwasy karboksylowe wchodzą do metabolizmu batkerii, alkohole oksydacją terminalna zmieniają się w kwasy karboksylowe.
-oksydacja diterminalna ω-oksydacja, to oksydacja obu końców łańcucha węglowego, tu działa monooksygenaza kwasów tłuszczowych utlenia końcowy węgiel, dehydrogenaza alkoholowa i aldehydowa daja kwas dikarboksylowy.
Kwasy tłuszczowe wchodzą do szlaków β-oksydacji, powstaje Acetylo-Co-A.
Utlenianie metanu: monooksygenaza metanowa utlenia go do metanolu, dehydrogenaza metanolowa daje formaldehyd, dehydrogenaza formaldehydowa tworzy kwas mrówkowy, który dehydrogenaza mrówczanowa utlenia do CO2, może on byc wykorzystany do biosyntezy związków organicznych na szlaku rybulozowym lub serynowym. 
Proste łańcuchy są lepiej biodegradalne od rozgałęzionych. Gramm-ujemne pałeczki Achromobacter sp. utleniają 2,2-dimetyloheptan do kwasu 2,2-dimetyloheptanowego, alkan izopreinowy może byc degradowany przez maczugowca Corynebacterium sp., tlenową płeczkę gramm-dodatnią, gramm-dodatnią, bytującą na skórze Brevibacterium sp. Alcanivorax sp. i Nocardia sp. na drodze β-oksydacji lub ω-oksydacji, odłączane są 2 i 3-węglowe związki, dobrze poznane sągramm-dodatnie Rhodococcus sp. rozkłada cykliczne alkany, grupy izopropylowe utleniaja do alkoholi pierwszorzędowych, potem do kwasów organicznych. Reakcje preprowadzają hydroksylazy: m. in. monooksydazy, hydroksylaza hydroksylowa, karboksylowa.Dla Rhodococcus ruber CD1-411 cyklododekan to jedyne źródło węgla.
W warunkach beztlenowych zamiast tlenu jony żelaza i innych metali, CO2, sulfoniany, azotany, bakterie redukujące związki siarki mogące redukować alkany to δ-Proteobakterie, nitryfikujące zdolne do redukcji alkanów to β i γ Proteobakterie. Metan rozkładają kompleksy archeonów i bakterii rozkładających związki siarki, rozkłądaja metan do CO2 i H2, którym utleniająz wiązki siarki, archeony i bakterie pobierają od siebie H2 dyfuzją cząsteczkową. Rozkłądająca związki siarki Desulfococcus sp. utlenia tylko propan i butan, denitryfikacyjna Azoarcus sp. rozkłada 6-8 węglowe związki, 12-20 węglowe rozkłada Desulfobacterium Hdx3.
Utlenianie alkanów jest przez dodanie w subterminalnej pozycji fumaranu, powstaje pochodnia kwasu bursztynowego, łączy się on z koenzymem A, powstaje acylo-Co-A, wchodzi do szlaków beta oksydacji. Może byc kondensacja alkanu do fumaranu.
Monooksydazy przyłączają do organicznych związków O z O2, to monoksydazy (hydroksylazy) alkanowe i monoksydazy Baeyer-Villiger, są 3 typy monooksygenaz:
-metanowe utleniające 1-4 węglowe alkany,
-cytochromowe P450 maja niehemowe żelazo utl. od pentanu do heksadekanu,
-reszta utlenia dłuższe lańcuchy niż 17 C.
Metanowe maja wszystkie tlenowce rozkładające CH4, w blonie mają monooksydazę pMMO z miedzią, gramm-ujemne kokoidalne Methylococcus capsulatus bez miedzi robią rozpuszczoną w cytozolu sMMO, które mają niehemowe żelazo, robią hydroksylacje i epoksydację drobnych węglowodorów, mają hydroksylazę MMO-H, reduktazę MMO-R, białko regulatorowe MMO-B, w centrum aktywnym metan reaguje z O2 powstaje metanol, reduktaza z FAD pobiera e- z NADH, ida one ze zred. flawiny Fe3+ na hydroksylazie, utl MMO-Hox przechodzi w aktywny zred MMO-Hred z Fe2+, który tworzy kompleks z MMO-B, reaguje z tlenem powst. intermdiant Q wiąze alkan, z niego wodór idzie na Q, powst. hydroksylowany intermediant Q i wolny rodnik alkilowy, reaguje on z gr hydroksylową, produkt opuszcza kompleks po redukcji.
pMMO ma hydroksylazę pMMO-H i reduktazę pMMO-R, reduktaza pobiera e- z NADPH+ idą do hydroksylazy lub białkowego mediatora przekazującego je na nią. Gramm-ujemna Pseudomonas butanovora ma trójkomponetną monooksydazę butanową z niehemowym Fe. Reaguje z 2-9 węglowymi alkanami, Gordonia sp. utlenia propan w pozycji beta. Hydroksylazy alkanowe i enzymy zw z cytochromem P450 hydroksyluja alkany 5-16 węglowe, hydroksylaza alkanowa AlkB jest u gramm-ujemnych bakterii Pseudomonas putida GPo1, utlenia C w pozycji alfa, ma niehemowe żelazo, sklada się z hydroksylazy, rubredoksylazy, reduktazy rubredoksydazowej, dodaje tlen do węgla, powoduje powstanie epoksydów i kwasów tłuszczowych, jest w wewnętrznej błonie komórkowe, kompleks tworzy kanał, którym alkan idzie do komórki, przechodząc reaguje z Fe2+, rubredoksydaza przenosi e-, hydroksylaza rubredoksydowa redukuje FAD, e- idą na rubredoksynę. Enzymy pHAs  utleniające alkany to pHA1, są u P. putida, Alcanivorax borkumensis, Marinobacter aquaeolei.  pHA2 rozkładają 5-16 C alkany, tu są Acetinobacter sp. i Pseudomonas fluorescens są tlenowe robią fluorescencyjny barwnik piowerdynę. Są też hemozależne monooksydazy cytochromowe CYPs, są tu monooksydazy kl I maja ferredoksynę Fd, domenę hemową, NADH, zależna reduktazę ferredoksynową z FAD FdR, enzymy te ropzusczalne białka bakteryjne i mitochondrialne. Kl II ma domene hemową i reduktazę z FAD lub FMN, są związane w błona, są u Eucariota. III maja te same związki co II, łączy je polipeptyd, sa rozpuszczone i błonowe, są eukariotyczne i prokariotyczne, IV maja te domeny co I, łaczy je polipeptyd.
Wszystkie monooksydazy potrzebują e- pochodzących z NADH i NADPH do aktywacji O2, e- idą na hem, alkan łaczy się z enzymem, elektrony idą na hem, zred hem przyłącza O2 powstaje intermediat nadtlenkowy, tlen przyjmuje elektron i 2 protony, wiązanie między atomami O2 rozpada się, reaktywny intermediat przyłacza O do alkanu jest kompleks produkt-enzym, produkt sie uwalnia. Hydroksylazy kl I rozkladają węglowodory 5-10 C, są u Acetinobacter sp., Alcanivorax borkumensis, gramm-ujemne tlenowe prątki Sphingomonas sp. Mycobacterium sp. i Oleomonas sagaranensis. Bakterie te mają CYPs i pHAs, Mycobacterium sp. ma HXN-1500 rozkładającą węglowodory 6-11 C, Acetinobacter sp. rozklada węglowodory 10-30 C hydroksylazą z atomem miedzi (II), enzymy podobne do AlkB i monooksydazy cytochromowej rozkładają alkany 10-20 C, monooksydaza flawinowa AlmA rozkłada alkany 20-31 C, monooksydazy Baeyer Villiger BVMOs wprowadzają O2 do łańcucha aldehydów i ketonów, maja flawine jako FAD lub FMN-to grupy prostetyczne lub koenzymy. Te monoksydazy tworzą aktywne intermediaty, zależnie od uprotonowania przyjmują e- lub H+. Bez substratu intermediat rozpada sie na utl. flawinę i H2O2, przy substracie i NAD(P)H jest zred do hydroperoksyflawiny, rozpada sie na utl. flawine i H2O. NAD(P)H redukuje flawinę. BVMOs mają 2 typy, I to jednokomponentowe białka z 2 domenami połączonymi z FAD, FAD to gr prostetyczna, z tym typem przez cały czas reakcji jest zw NAD(P)H, u Acetinobacter sp. jest monooksydaza cykloheksanowa, utlenia cykliczne ketony, są też monooksydaza cyklopentanowa i cyklodekanowa. II typ to białak z 2 podjednostek oksygenazowych i 1 reduktazowej, oksygenzowe łączą substrat z O2, reduktazowa zw z FMN wykorzystuje NADH i NAD(P)H, redukują one flawinę, zred flawina idzie na podjednostke oksygenazową, tu są hydroksylaza alkanowa LadA u Geobacillus thermodenitrificans NG80-2, utl alkany 15-36 C do pierwszorzędowych alkoholi, to lucyfera odp. za rozpad białka lucyferyny dając bioluminescencję [Mikrobiologiczny rozkład alkanów ropopochodnych U. Guzik, D. Wojcieszyńska, M. Krysiak, E. Kaczorek].

Bażant zwyczajny Phasianus colchicus z rzędu grzebiących, z rodziny kurowatych, żyje na terenie Europy i Azji w klimacie umiarkowanym w na terenach otwartych i półotwartych, na polach, miedzach, w zaroślach, na granicy mokradeł, bagien i zboczach gór. Samiec brązowy tułów w ciemne prążki poprzeczne, skrzydła rdzawe i żółte w czarne kropki, czarna, opalizująca na zielono głowa, żółty dziób, czerwona, bezpióra maska, czarny ogon, ona zgniło brązowa w brązowe kropki na wierzchu ciała, pisklak szary z jaśniejszym brzuszkiem, na całym ciele ma ciemniejszy deseń w postaci plamek widoczny na głowie, na brzuchu prawie niewidoczny, brzuszek jasnoszary, wierzch ciemniejszy. Zamieszkuje pola, tereny trawiaste, mokradła, rzeki, ugory, rozlewiska i nieużytki Europy i Azji, zimuje w stadach, w czasie godów samiec przynosi samicy jedzenie, gniazdo chronione w trawach wyścielane puchem i trawami, 1 lęg w roku, samica składa 10-12 jaj, wysiaduje je przez 24-28 dni, je nasiona, owoce, ziarniaki, pąki, owady, mięczaki, gryzonie, płazy, gady, dżdżownice, zielone części roślin, korzonki. Pierzenie dorosłych trwa od czerwca do połowy października. Szata młodociana podobna do szaty samicy, samce uzyskują ją ok. 7 tygodnia życia, dorosłą szatę otrzymuje w 5 miesiącu. W przyjazne pory roku tworzą haremy, gdzie jest jeden samiec i od 2 do 18 samic, zimą samce i samice tworzą stada do 10 osobników tej samej płci. Bażanty jedzą bezkręgowce i drobne kręgowce, nasiona, owoce, zielone części roślin, ziarna traw, zimą owoce i nasiona. Kogut jest chroniony od 1 października do 29 lutego, kura przez cały rok.

Białe noce nie dotyczą tylko dalekiej Północy, gdzie w okresie letnim przez całą dobę świeci słońce, tylko w czasie kiedy powinno zajść znajdy=uje sie nisko nad horyzontem.  Białe noce występują wtedy, gdy słońce chowa się powyżej 18 st. za północnym horyzontem. U nas w okresie około przesilenia letniego, czyli wtedy, gdy w dzień słońce połozone jest pod najwyższym kątem słońce chowa sie dośc płytko, więc praktycznie cały czas rozświetla niebo, zjawisko szczególnie widoczne jest na północy kraju tj. nad morzem, tu mozna zauważyć pomarańczowy horyzont oraz efekt obłoków srebrzystych, które powstaja przez odbicie promieni słonecznych od kosmicznego pyłu, odbijają one promienie padajace na drugą stronę Ziemi, dzieki czemu obłoki świecą. Obłoki srebrzyste, powstają na wysokości ponad 80 km. Chmury te mozna oglądać nad północnym horyzontem, który nad morzem może byc pomarańczowy jak w czasie zachodu [http://tvnmeteo.tvn24.pl/informacje-pogoda/ciekawostki,49/biale-noce-nie-tylko-daleko-na-polnocy-mamy-tez-swoje,91439,2,0.html]. Białe noce można obserwować juz w czerwcu, nawet pod koniec maja, poza terenami nadmorskimi  bezksiężycowe noce wyglądaja wtedy niczym podczas pełni. Białę noce występują pomiędzy 48,5° szerokości pn i 66,5° szer. pn, poniżej 48,5° jest przez cały rok noc astronomiczna, czyli słońce schodzi poniżej 18 stopni za horyzont, powyżej 66,5° jest dzień polarny, czyli słońce nie chowa sie horyzont. Polska leży pomiędzy  49 i 54 stopniem szerokości geograficznej północnej, między 54 równoleżnikiem a kołem podbiegunowym na obu półkulachnie ma morku nocy, zmierzch i świt łączą się ze sobą. w przyrodzie są rózne typy białych nocy: dzień astronomiczny, gdy Słońce nie chowa sie za horyzont, zmierzch/świt cywilnysłońce chowa poniżej linii horyzontu o 0-5 st. osoby o doskonałym wzroku i zwieksoznej wrążliwości oczu na światło mogą czytać książke przy bezchmurnej pogodzie, zmierzch/świt nautyczny słońce zachodzi na wysokość 6-11 st, ludzie widzą kontury przedmiotów i budynków, żeglarze widza kontury innych statków i linii brzegowej-tak jak w czasie pełni księżyca, zmierzch/świt astronomiczny słońce jest pomiędzy 12-18 st. poniżej linii horyzontu, światło przeszkadza w obserwacji innych ciał niebieskich[http://www.matematyka.wroc.pl/doniesienia/biale-noce-w-polsce]. Białe noce w zależności od regionu mogą trwać aż do sierpnia, zwykle do połowy lipca.
Znaczenie dla nas, im dalej na północ tym lepsze wrażenia estetyczne-obłoki srebrzyste, piękne niebo nad horyzontem, złagodzenie objawów łagodnych postaci nyktofobii np. u dzieci, nie trzeba swiecić swiatła wstając w nocy np. do łazienki-oszczędność, niektórym ludziom światło może przeszkadzać w spaniu np. utrudniać zasypianie. Wystarczy zasłonic okno. Cieszmy sie jednak nimi póki są i obserwujmy te piękne zjawiska, zanim przeminą.

Ten wpis mówi o metabolizmie biosfery, czyli o procesach jakie w niej zachodzą. Życie to właściwość 1 lub wielokomórkowych osobników, cechuje też całą biosferę, metabolizm biosfery to cykliczne procesy utleniania i redukcji związków węgla, CO2 naturalnie jest w atmosferze, wodzie i osadach, rośliny pobierając go z atmosfery i redukują do glukozy (CH3O)4, czyli związku węgla, powstała energia jestmagazynowana w wysokoenergetycznych wiązaniach. Utlenianie glukozy daje energię i powstaje CO2, istoty żywe szybko utleniają związki węgl w czynnikach abiotycznych utlenianie zachodzi wolno. Metabolizm to system reakcji redox, czyli z jednej strony oddanie, z drugiej przyjęcie elektronu, tu wodór rozpada się na kationy, uwolnione są 4 elektrony, tlen je akceptuje, wodór jest donorem (dawcą elektronów), tlen akceptorem (biorcą), donor to reduktor, akceptor to utleniacz.
2H2=4H++4e-, O2+4e-=O2-2.
Potencjał redox, każda rzecz to albo utleniacz albo reduktor, wszystko zależy do czego związek ma większe powinowactwo. Najwięcej E daje oddychanie tlenowe, siarkowe, nitryfikacyjne, tlenorodna fotosynteza roślin i bakterii (sinic). Przekroczenie progu reakcji redox daje ciepło i katalizatory-enzymy. Różne organizmy mają różne strategie metaboliczne, do reakcji metabolicznych potrzebne są substraty:
a) strukturalne, niezbędne do budowy ciał-organogenezy: węgiel C, tlen O, wodór H, azot N, siarka S.
b) donor elektronów, dostarcza ich w czasie reakcji: wodó cząsteczkowy H2, siarkowodór H2S, jony amonowe NH3-.
c) akceptor elektronów, uwalnia energię potrzebną do pracy komórek jony azotanowe NO3-. siarczanowe SO2-.
Procesy zachodzące w organizmach żywych: biosynteza-budowa biomasy, oddychanie, uwalnianie energii.
Organizmy dzielimy na cudzożywne, heterotrofy, jedzą części innych organizmów oraz samożywne, autotrofy, same syntetyzują związki odżywcze.
Cheterotrofy wykorzystują energię chemiczną, chemoheterotrofy i fizyczną, fotoheterotrofy. Chemoheterotrofy wykorzystują energię chemiczną, dzielą sie na chemolitoautotrofy, które wydzielają enzymy do środowiska utleniają związki mineralne ze skał, powstałę elektrony odbiera akceptor, redukowany do związków organicznych i chemoorganoautotrofy produkują związki organiczne potrzebne do dalszych procesów metabolicznych, bakterie te wykazują trawienie zewnątrzkomórkowe, bakterie biorą udział w metabolizowaniu zanieczyszczeń i oczyszczaniu gleby. Fotoautotrofy to fotolitoheterotrofy wykorzystują energię świetlną do pobierania minerałów, fotolitoautotrofy produkują ziwązki organiczne z nieorganicznych przy udziale światła.
Autotrofia, pierwsze autotrofy to chemoautotrofy, wykorzystwały CO2 i H2O i kosztem energii chemicznej uwalnianej z utleniania związków nieorganicznych, u dzisiejszych bakterii donor energii to azotyny, wodór, siarczki, związki amonowe, siarka rodzima, sole żelaza, metan, akceptor to O2, związki mineralne, siarczany, azotany, węglany. Chrmolitoautotrofysą samożywne, utleniają proste związki nieorganiczne, tu są bakterie nitryfikacyjne, żelaziste, wodorowe i siarkowe. Siarkowe utleniają H2S do S lub S do H2SO4, powstaje energia, powstają wolne elektrony, któe odbiera CO2 redukowany do związków organicznych, bakterie te zakwaszają otoczenie, żyją w pH<1, są bezbarwne donor do np. zredukowany związek siarki, tu jest np. Thiopbacillus sulfolobus. Nitryfikacyjne utleniają azotyny do azotanów, popwstaje energia, uwalniają się elektrony, CO2 redukowany jest do związków organicznych, powstają azotany, do azotanów utleniany jest też amoniak, tu jest Nitromonas nitrobacter. Żelaziste utleniają Fe2+ do Fe3+, powstaje energia, uchodzą elektrony, CO2 redukowamny jest do związkó organicznych, metanotrofyutleniają CH4 do CO2, który jest przejmuje elektrony i powstają związki organiczne, bakterie te są pochodzenia mineralnego, żyją w przewodach pokarmowych roslinożerców, są tu Methylomonas methanica, Methylococcus capsalatus.
Fotosynteza to synteza związków organicznych z CO2 i H2O. Fotolitoautotrofy, energia ze światła, donor elektronów to ziwązki mineralne, bakterie siarkowe, zielone i purpurowe np. Helicobacteria sp. Są samożywne. Fotosynteza tlenodonorowa, H2O rozkłąda się przy udziale światła do O, tlenu atomowego, energii i elektronów, to fotoliza wody, pobierany jest CO2 i redukowany do związków organicznych. Beztlenowa to utlenianie związków nieorganicznych np. H2S do siarki, S do siarczanów, wodó do wody, zachodzi przy udziale energii świetlnej, elektrony idą do CO2, są tu bakterie siarkowe, purpurowe i zielone, Helicobacteria, bakterie siarkowe beztlenowe to fototrofy obligatoryjne, utleniają siarczki, siarkę rodzimą i tiosiarczan, żyją w głębokich słodkich jeziorach, źródłach siarkowych i słonych bagnach. Purpurowe Chromatium thiocapsa, zielone Chlorobium sp., Pelodiction sp..
Fotoorganoautotrofy są samożywne, donor e- to związki organiczne, bakterie bezsiarkowe, purpurowe lub zielone. Donorem e- to substrat organiczny, związki siarki, H2.
Heterotrofia, cudzożywnośc, wykorzystywanie ciał innych istot, grzyby, zwierzęta i ludzie, nie budują ciał ze zw. nieorganicznych jedzą to co zrobią autotrofy lub heterotrofy. Oddychanie to uwalnianie substratów organicznych przy uwolnieniu energii potrzebnej do wykonania pracy (procesów życiowych).Jest oddychanie tlenowe i beztlenowe, utlenianie azotanów-denitryfikacja, siarczanów-desulfuryzacja, fermentacja, utlenianie Fe.
Oddychanie to proces odwrotny do syntezy-oddychanie komórkowe, tlenowe, zw. org. utleniają się do CO2, uwalniane są elektrony i energia, akceptacja elektronów daje wodę. Fe3+ do Fe2+, azotany do azotynów, siarczany do siarkowodoru, oddychanie tlenowe to utlenianie związków org. do CO2, powstaje enrgia do pracy, akceptorem jest O2, powstaje H2O, utlenianie zwi. org. tlenem daje najwięcej energii, największa różnica potencjału redox.
Oddychanie beztlenowe to denitryfikacja, jest to najprostszy sposób oddychania w biosferze, drugie po oddychaniu tlenowym pod względem energetycznym jest utlenianie azotanó i azotynów, prowadzi do uwolnienia N2, Nitrosomonas denitrificans.
Desulfuryzacja toredukcja siarczanowych jonów lub siarki rodzimej do jonów siarczkowych, wytrącają się siarczki metali, ciemnienie osadu w beztlenowych środowiskach, Desulfomonas pigra, Desulfobulbus sp. Desulfovibrio sp.
Redukcja żelaza Fe3+ do Fe2+, powstają nierozpuszczalne związki żelaza, ruda darniowa, limonit. Analogicznie zachodzi redukcja Mn 3+ do Mn2+.
Metanogeneza, wyspecjalizowane archeony z beztlenowych środowisk, bagien, osadó dennych, przewodów pokarmowych roślinożerców, przekształćają CO2 w CH4, niektóe te bakterie są termofilne, lubią ponad 80 st.
Fermentacja to beztlenowy proces cukrów i tłuszczy. Alkoholowa C6H12O6=C2H5OH+CO2 Zymomonas sp.
Masłowa, Clostridium botulinum C6H12O6+H2O=C3H4(COOH)3+2H2CO3+2H2.
Metanowa Metanotrix sp. CH3COOH=CH4+CO2.
Substraty fermentacji to cukry, kwasy tłuszczowe, aminokwasy, produkty to alkohole, aldehydy, CO2, CH4, H2.
Przedstawię teraz kilka reakcji chemicznych charakterystycznych dla danej strategii metabolicznej:
Oddychanie:
Bakterie utleniające wodór, bakterie wodorowe Hydrogenomonas H2 + 1/2 O2 = H2O + ATP; 1/2 oznacza, że reakcje nie są podawane w cząsteczkach, tylko w molach.
Bakterie utleniające amoniak, Nitromonas NH4++ 1,5 O2= NO2- + H2+ H2O + 2ATP.
Bakterie utleniające azotany, Nitrobacter NH4+1/2O2=NO3-+2H2+2ATP.
Bakterie utleniające związki siarki, bakterie siarkowe, Thiobacillus H2S+1/2O2=S+H2O+2ATP
S+1/2O2+H2O=SO42-+2H++ATP
Balterie utleniające jony żelaziste, bakterie żelazowe, Ferrobacillus Fe2++H2+1/2O2=Fe3++1/2H2O+ATP. Końcowe akceptory elektronów to pierwiastki inne niż O2, związki organiczne lub nieorganiczne i nieorganiczne: siarka, azotany, NOx, siarczany, chlorany.
Chemosynteza:
Chemolitoautotrofy. Bakterie siarkowe żyją w wodach słonych, morskich, źródłach siarkowych, osadach dennych, ściekach (H2S), tam gdzie są zw. siarki.
H2S+O2=2H++SO4-
S+H2O+1/2O2=2H++SO4-
Na2S2O3+H2O+2O2=2H++2Na++2SO42-
bakterie wykorzystują siarkowodór utleniają go do siarki S.
H2S+1/2O2=S+H2O.
Bakterie wodorowe wykorzystują wodór ze środowiska, w warunkach tlenowych akceptorem e-jest tlen, w beztlenowych inne pierwiastki np. Micrococcus denitrificans wykorzystuje azotany.
Bakterei żelaziste wyjirzystują też sole żelaza
4FeCO3+O2+6H2O=4fe(OH)3+4CO2
Fe2+ jest tylko w środowisku kwaśnym, w obojętnym pH utlenia się do Fe3+ i wytrąca się Fe(OH)3, więc bakterie żelaziste żyją tylko w środowiskach zakwaszonych.
Bakterie nitryfikacyjne są w glebie lu osadach dennych utleniają NO2- i NO3- lub amoniak Nitrosomonas, Nitrosycystis NH3+1/2O2=NO2-+H++H2O, enzym monooksygenaza amoniakowa przeksztalca amoniak w pośrednią hydroksylaminę NH2OH oksydoreduktaza hydroksylaminowa utlenia ją do azotynu, który bakterie Nitrobacter utleniają do azotanu NO2-+1/2O2=NO3- bakterie te przekształcają lotny amoniak powstały w wyniku rozkłądu martwej materii organicznej w nielotne azotyny i azotany, wzbogacają glebę w azot dostępny dla roślin.
Chemoorganoautotrofy utleniają proste, jednowęglowe związki, metan, metanol, mrówczan z użyciem O2, to metylotrofy np. Metylocystis, Methanomonas, do metylotrofów należą metanotrofy, utleniają CH4 do CO2, reakcja ma 2 etapy:
1) CH4+1/2O2=CH3OH=CHOH+2H
2) CHOH+H2O=2HCOOH=2H+CO2
Metylotrofy utleniają też metanol lub aldehyd mrówkowy, Pseudomonas oxalaticus utlenia mrówczan do CO2, wytworzony w tych reakcjach CO2 jest wykorzystywany do tworzenia własnych związków organicznych. Organizmy żyjąće w pobliżu kominów hydrotermalnych, źródeł solankowych i węglowodorowych mają w swoich tkankach symbiotyczne chemoautotrofy. Bakterie siarkowe produkują związki siarki dostępne dla roślin.
Fermentacja to rozkład związków organicznych do prostszych związków chemicznych, odbywa się w warunkach beztlenowych.
Fermentacja mlekowa, ma typy: homofermentatywna, cukrowce fermentują do kwasu mlekowego; fakultatywnie heterofermetyczna, cukrowce fermentują do kwasu mlekowego, powstaje też kwas octowy, etanol i CO2, heterofermentatywna, ma różne produkty uboczne i kwas mlekowy, pseudomlekowa zachodzi w mleku zakażonym Escherichia sp. i Micrococcus, oprócz mleczanu powstaje etanol, octan i CO2. C6H12O6=2CH3CHOHCOOH. Bakterie te mają znaczenie gospodarcze, odpowiadają za kiszenie ogórków, kapusty, produkcja sfermentowanych napojów mlecznych:kefirów, jogurtów, serów, produkcja zakwasów chlebowych, pieczenie chleba żytniego, producja wędlin.
Fermentacja alkoholowa to beztlenowy rozkłąd cukrów do alkoholi, tu są drożdże Saccaromyces cerevisiae, C6H12O6=C2H5OH+2CO2 znaczenie gospodarcze to produkcja alkoholi.
Fermentacja octowa utlenianie alkoholi do kwasu octowego, tu są Acetobacter C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O służy do produkcji octu.
Fermentacja masłowa beztlenowy rozkład sacharydów do kwasu masłowego, wodoru i CO2, powstają również octan, bursztynian i etanol,tu jest Clostridium C6H12O6=Ch3CH2CH2COOH+CO2+2H2 zachodzi w przyrodzie np. rozkład szczątków roślin w zbiornikach wodnych i bagnach, wydziela się H2.
Fermentacja metanowa to wieloetapowy proces, którego końcowymi produktami są CH4 i CO2. Są tu etapy: hydroliza-rozkład złożonych związków org. białek, węglowodanów, tłuszczy do prostych związków rozpuszczalnych w wodzie monosaharydów, aminokwasó, kwasów tłuszczowych, robią ją bakterie hydrolityczne przy udziale enzymów, proteaz, lipaz, amylaz; kwasogeneza, acidogeneza-bakterie beztlenowe rozkłądają te proste związki org. do kwasów walerianowego, heksanowego, octowego, mrówkowego, propionowego, masłowego, alkoholi etanolu, metanolu, aldehydy, ketony i czasem CH4 i H2, część tych związkó wykorzystują bakterie octanogenne; octanogeneza-z kwasów i alkoholi powstaje kwas octowy, CO2 i H2, tu są bakterie nieselektywne, redukują jony siarczanowe do H2S, utl. wodór do H2O; metanogeneza-bakterie metanogenne rob ią CH4 z H2, CO2 i octanu CH3COOH=CH4+CO2, 4HCOOH=CH4+3CO2+2H2O, 4CH3OH=3CH4+CO2+2H2O biorą tu udział 3 typy bakterii: bakterie hydrolizujące związki organiczne, obligatoryjne, Bacillus, Pseudomonas, Clostridium, Bifidobacterium, fakultatywne, Streptococcus, Entherobacterium. Octanowe robią octany, są to syntroficzne, wykorzystują kwasy tłuszczowe, organiczne, alkohole, aldehydy, ketony, symbioza z metanogennymi, homoctanowe robią octan z CO2 i H2, Syntrophomonas wolfei i S. wolinii. Metanogenne wykorzystują octan lub CO2 i H2, obniżają pH środowiska przez produkcję kwasów org. Rozkłąd martwej materii org. Są jeszczxe fermentacje cukrów do kwasów organocznych np. cytrynowa dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, robią ja pleśni np. Candida intermedia, C. lipolytica, C. tropicalis.
Produkcja pierwotna. Najważniejszą strategią metaboliczną w przyrodzie jest fotosynteza, to ona produkuje najwiecej biomasy, która potem jest konsumowana przez konsumensumentów. Korzystają z niej bakterie-sinice, jedno i wielokomórkowe glony i rośliny telomowe. Fotosynteza zachodzi przy udziale światłą, pasma promieniowania fotosyntetycznie czynnego PAR, prod. pierwotna brutto to cała biomasa z CO2 i H2O po zasymilowaniu, energia wiązana w ATP, energia potrzebna do budowy struktur komórkowych, cukry to produkty i substraty, netto to to co zostaje roslinie po obliczeniu strat na oddychanie. Produkcje pierwotną mierzymy badając całkowitą powierzchnię liści, ilośc chlorofilu z liścia-metody bezpośrednie, z maceratu przy pomocy chromatografii izolujemy chlorofil, zebranie roślin jednorocznych z korzeniami, suszymy je, ważymy przed i po wysuszeniu i wychodzi sucha masa, masa po odparowaniu wody, wieloletnie drzewa mierzymy porównują wysokość z roku obecnego i poprzednieo oraz średnicę pnia, to dendrometria. Metoda ciemnych i jasnych butelek, do przezroczystejbutelki wlewamy wodę, dodajemy glony, do ciemnej np. owiniętej w folięaluminiową butelki też, kłądziemy je do wody, po pewnym czasie mierzymy w nich poziom CO2, w jasnej butelce jest fotosynteza i oddychanie, w ciemnej tylko oddychanie. Porównując wyższe rośliny zamykamy je w pojemniku ciemnym i jasnym, zapewniamy przepływ powietrza, z jednej str. wpływa, z drugiej wylatuje i ww wlatującym oraz wylatującym powietrzu mierzymy poziom CO2. Wartości porównujemy imiędzy sobą i oboma pojemnikami. Metody pośrednie polegają na szacunkowym określeniu wymiany gazowej, wskaźnik powierzchni liścia i ilości chlorofilu. Mapa produktywności Ziemi, największa produktywność na równiku, najmniejsza na zwrotnikach. Największa dzienna produkcja pierwotna jest w tropikalnej dżungli, najmniejsza na pustyniach i w tundrze, najbardziej produktywne są wilgotne lasy równikowe, najmniej pustynie i tundra, w wodzie najbardziej produktywne są rafy koralowe i ujścia rzek, najmniej otwarta toń oceanu. Pustynie to także pustynie lodowe na biegunach. Małą produkcję mają też zarośla kolczaste, w lesie największą mają gałęzie i pnie drzew, niajmniejszą runo. Las ma większą produkcję od łąki. Fotosyntezę ograniczają woda, w zbiornikach wodnych pochłąnia pasmo PAR, niedobór azotu, rośliny nie pobierająazotu rozpuszczonego w wodzie, pobierają go tylko sinice, deficyt fosforu w pelagialu, toni wodnej, brak wody i niedobór pary wodnej, zamykanie szparek ograniczają lub hamują fotosyntezę. Produktywnośc maleje ze spadkiem opadów, motylkowe wiążą N2 z atmosfery dzięki bakteriom, niedobó fosforu niweluje mikoryza, symbioza z grzybami. Fotosynteza CAM, w dzień sparki są zamknięe ze względu na wysoką temperaturę, otwierają sie w nocy CO2 magazynopwany jest w kwasach organicznych, fotosynteza jest w nocy, to rosliny klimatu ciepłego i suchego, pustynie i półpustynie, kaktusowate Cactaceae, agawowate Agavaceae, wilczomleczowate Euphorbiaceae. Fotosynteza C3 dla roslin klimatu umiarkowanego, C4 klimat ciepły, oszczedza wodę, pustynie, lasy tropikalne, kukurydza, proso, komosa, trzcina cukrowa, brak fotooddychania, większa intensywność niż u C3, działa przy silnym świetle i wysokiej temperaturze, rośliny C4 są odporne na suszę i zasolenie. Szczegółowy opis fotosyntezy jest w dziale Fizjologia roślin.
Oprócz produkcji jest dekompozycja, przetwarzanie wielocząsteczkowej materii organicznej w proste związki nieorganiczne, CO2, H2O, H+ i inne jony, czyli rozkład. Całą zawarta we wiązaniach energia jest uwalniana jako ciepło, całkowita dekompozycja polega na utlenianiu związków chem. w tlenie. W biosferze dekompozycji dokonują rośliny, grzyby, rośliny, bakterie, konsumenci i inne zwierzęta. Po za biosferą to naturalne [ożary lasów i stepów. Rośliny oddychają i rozkłądają połowę materii związanej w wyniku fotosyntezy, powstaje CO2, H2O i ciepło. Oddychanie komórkowe to proces odwrotny do fotosyntezy, konsumenci I rzędu jedza rosliny, konsumenci wyższych rzędó jedzą konsumentów niższych rzędów, padlinożercy jedzą ich ciała. Dekomponują je do CO2, H2O, amoniaku, kwasu moczowego i mocznika, to trawienie komórkowe, z ciał roslin i zwierząt wychodzą proste związki, CO2, H2O rośliny, amkniak, kwas moczowy i mocznik, CO2 i H2O zwierzęta. Nekrofagi jedzą ciała innych zwierzą, to detrytusożercy (saprofagi, detrytofagi) jedząmartwą materię org. w glebie i mule dennym zbiorników wodnych, należą do różnych gr. systematycznych np. dżdżownice Lumbricidae, skoczogonki Collembola. Destruenci, bioreduktorzy rozkładają złożone związki organiczne do prostych związków gł. grzyby, bakterie, promienice. Dekompozycja na przykłądzie lasu. Martwa materia zalega na dnie lasu jako ściółka, opady materii org. ją odnawiają, liście opadająće jesienią, części nadziemne roślin zielnych, ciała roślin jednorocznych, odchody i ciała ziwerząt. W lesie lisciastym jest zróżnicowany materiał roślinny, co roku jest zrzucany ma skłądniki odżywcze, jedzą go zwierglebowe, szybko go przetwarzają, iglasty las ma materiał jednorodny, niejadalny lub ma szkodliwe związki, woski, zywice, wolniejszy rozkład ściółki. Grzyby robią dekompozycję. Zbadano w Anglii las bukowy i kasztanowy, dużo biogenów w glebie i liściach mało w ściółce, w ściółce były aminokwasy, cukry proste, celuloza, lignina, tłuszcze, żywice, woski, N, P, K, Ca, mał Zn, Mn. ściółka i gleba to schronienie zwierząt, fauny glebowej-edafonu, tu jest mikrofauna, najmniejsze zwierzęta, do 200 mikrometrów: pirewotniaki, roztocza, niceienie, wrotki, mezofauna, od 200 mikrometrów do 1 cm, skoczogonki, nicienie, prosionki, dwuparce, wazonkowce, pajęczaki, małę ślimaki, makro i megafauna są większe od 1 cm, dżdżownice, krety.
Etapy dekompozycji: 1) rozpuszczanie i wymywanie, fauna glebowa, mezo, makro i megafauna, rozdrabnia materiał biologiczny, mikroorganizmy glebowe rozpuszczają ja enzymami. Humifikacja to rozkład fragmentów, do wielkocząsteczkowych związków chem. kwasów huminowych, długich łąńcuchów z aminokwasów, huminów, soli kwasó huminowych, kwasów fulwowych, wszystkie te zw. to pochodne węgla 20 mineralizacja, uwalnianie zw. mineralnych, CH3NH4, siarczany, siarczki, H2O, CO2, H2S, fosforany. Intensywnośc mierzymy metodą ciemnych i jasnych butelek, jest w nich NaOH, absorbuje on CO2 i mierzymy tempo dekompozycji, metoda woreczków ściółkowych, próbkę ściółki wkłądamy do woreczków z oczkami różnej średnicy, przez nie wniak fauna glebowa, kłądziemy to w lesie, po czasie ważymy i patrzymy ile ubyło biomasy. Wskaźnik T95 mówi kiedy rozłoży sie 95% biomasy. Tempo rozkładu jest w równowadze, stała część materiału się rozkłada, opad materiału dzielony przez masę ściółki, stała >1, szybka dekompozycja w lasach deszczowych, więcej się rozkłada niż jest dostarczane-temperatura katalizuje procesy enzymatyczne, wilgotność zapewnia optymalne warunki dla bakterii i edafonu, małe tempo w tajdze i na torfowiskach, wolny riozkład na terenach trawiastych, w strefie umiarkowanej jest więcej materii organicznej niż w tropikach. Tempo rozkłądu zależy od jego rodzaju, temp. i wilgotności, najszybsze u grabu, najwolniejsze u buka. W czasie dekompozycji zmienia się skłąd chemiczny gleby. Gdy mało substancji odżywczych i wilgotno, najpierw ubywa cukrów prostych i skrobii, zostają trudno rozpuszczalne celuloza i lignina. Ubywa utlenianego C w ciałach, przybywa N i P wbudowanych do ciał organizmów, rośnie lub jest na stałym poziomie K, Mn, Mg, Ca. Czynniki biotyczne to organizmy żyjąće w ziemi, różnie wpływają na inne organizmy, bezpośrednio przez wiązania troficzne w ekosystemach lub pośrednio przezmodyfikację nieożywionych elementó siedliska, klimatu, gleby, zasobów naturalnych, wody, pierwiastków odżywczych.