Пурпурные серобактерии
| Пурпурные серобактерии | |
|---|---|
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Гаммапротеобактерии |
| Заказ: | Хроматиалы Имхофф 2005 г. [1] |
| Семьи | |
Пурпурные серобактерии (ПСБ) являются частью группы Pseudomonadota , способной к фотосинтезу , которую вместе называют пурпурными бактериями . Они анаэробны или микроаэрофилы и часто встречаются в стратифицированной водной среде, включая горячие источники , стоячие водоемы, а также в микробных матах в приливных зонах. [5] [6] В отличие от растений , водорослей и цианобактерий пурпурные серобактерии 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 H 2 , Fe 2+ , или НЕТ 2 − ) в качестве донора электронов в их фотосинтетических путях. [5] Сера окисляется с образованием гранул элементарной серы . Она, в свою очередь, может окисляться с образованием серной кислоты .
Пурпурные серобактерии в основном делятся на два семейства: Chromatiaceae и Ectotiorhodospiraceae , которые производят внутренние и внешние гранулы серы соответственно и имеют различия в структуре своих внутренних мембран. [5] Они составляют часть отряда Chromatiales, входящего в состав гаммапротеобактерий . Род Halothiobacillus также включен в семейство Chromatiales, но не является фотосинтезирующим.
Характеристика пурпурных серобактерий
[ редактировать ]Основные фотосинтетические пигменты: бактериохлорофиллы a или b.
Расположение фотосинтетических пигментов: Плазматическая мембрана и хроматофор (ламеллярные мембранные комплексы, непрерывные с плазматической мембраной).
Фотосинтетические доноры электронов: H 2 , H 2 S, S
Отложение серы: Внутри клетки
Метаболический тип: Фотолитоавтотроф. [7]
Экология
[ редактировать ]среда обитания
[ редактировать ]Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в освещенных бескислородных зонах озер и других водных средах, где накапливается сероводород, а также в «серных источниках», где сероводород, образующийся геохимически или биологически, может вызвать образование цветения пурпурных серобактерий. Для фотосинтеза необходимы бескислородные условия; эти бактерии не могут процветать в насыщенной кислородом среде. [8]
Наиболее благоприятными озерами для развития пурпурных серобактерий являются меромиктические (постоянно стратифицированные) озера. [9] Меромиктические озера расслаиваются, потому что у них более плотная (обычно соленая) вода на дне и менее плотная (обычно пресная вода) ближе к поверхности. Рост пурпурных серобактерий также поддерживается наслоением голомиктических озер. [9] Эти озера термически стратифицированы; В весеннее и летнее время вода на поверхности нагревается, что делает ее менее плотной, чем подстилающая более холодная вода, что обеспечивает достаточно устойчивую стратификацию для роста пурпурных серобактерий. Если присутствует достаточное количество сульфата для поддержания сульфатредукции, сульфид, образующийся в отложениях, диффундирует вверх в бескислородные придонные воды, где пурпурные серные бактерии могут образовывать плотные клеточные массы, называемые цветением, обычно в сочетании с зелеными фототрофными бактериями.
Также можно обнаружить пурпурные серобактерии, которые являются важным компонентом микробных матов приливной зоны . Маты, такие как микробный мат Сиппевиссетт , имеют динамичную среду из-за приливов и притоков пресной воды, что приводит к образованию такой же стратифицированной среды, как и в меромиктических озерах. Рост пурпурных серных бактерий возможен, поскольку сера поступает в результате гибели и разложения микроорганизмов, расположенных над ними в этих приливных бассейнах. [5] Расслоение и источник серы позволяют PSB расти в этих приливных бассейнах, где встречаются маты. PSB может помочь стабилизировать отложения в среде микробного мата за счет секреции внеклеточных полимерных веществ, которые могут связывать отложения в бассейнах. [10] [11]
Экологическое значение
[ редактировать ]Пурпурные серобактерии способны влиять на окружающую среду, способствуя круговороту питательных веществ и используя свой метаболизм для изменения окружающей среды. Они способны играть значительную роль в первичном производстве, что позволяет предположить, что эти организмы влияют на углеродный цикл посредством фиксации углерода . [12] Пурпурные серобактерии также участвуют в круговороте фосфора в своей среде обитания. [13] и железный цикл . [14] В результате апвеллинга этих организмов фосфор, лимитирующее питательное вещество в кислородном слое озер, перерабатывается и предоставляется гетеротрофным бактериям для использования. [13] Это указывает на то, что, хотя пурпурные серобактерии встречаются в бескислородном слое их среды обитания, они способны способствовать росту многих гетеротрофных организмов, поставляя неорганические питательные вещества в вышеуказанный кислородный слой. Другая форма переработки неорганических питательных веществ и растворенных органических веществ пурпурными серобактериями происходит через пищевую цепь ; они служат источником пищи для других организмов. [13]
Некоторые пурпурные серные бактерии эволюционировали, чтобы оптимизировать условия окружающей среды для собственного роста. Например, в черной дыре Южного Андроса на Багамах пурпурные серные бактерии приобрели новую характеристику, благодаря 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 нетермотолерантные организмы.
Рост в меромиктических озерах
[ редактировать ]Меромиктические озера представляют собой постоянно стратифицированные озера, образовавшиеся в результате градиента концентрации соленой воды. Сильносоленый 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, в результате чего ниже хемоклина образуется бескислородная среда. [16] Эта бескислородная среда с освещением и достаточным наличием сульфидов идеальна для пурпурных серобактерий. [17] [16]
Исследование, проведенное на озере Махони, показало, что пурпурные серобактерии способствуют переработке неорганического питательного вещества — фосфора. [16] Подъем пурпурных серобактерий в верхний слой воды создает источник связанного фосфора, а активность фосфатазы высвобождает этот фосфор в воду. Растворимый фосфор затем включается в гетеротрофные бактерии для использования в процессах развития. Таким образом, пурпурные серобактерии участвуют в круговороте фосфора и минимизируют потерю питательных веществ. [16]
Биомаркеры
[ редактировать ]Пурпурные серобактерии производят конъюгированные пигменты , называемые каротиноидами , которые функционируют в светособирающем комплексе . Когда эти организмы умирают и тонут, некоторые молекулы пигментов сохраняются в отложениях в измененной форме. Одна образующаяся молекула каротиноида, окенон, диагенетически превращается в биомаркер окенан . Обнаружение окенана в морских отложениях предполагает присутствие пурпурных серобактерий во время захоронения. Окенан был обнаружен в одном осадочном обнажении Северной Австралии, датируемом 1640 миллионами лет назад. [18] Авторы исследования пришли к выводу, что, судя по наличию биомаркера пурпурных серобактерий, палеопротерозойский океан, должно быть, был бескислородным и сульфидным на глубине. Это открытие подтверждает гипотезу Кэнфилдского океана .
Биоремедиация
[ редактировать ]Пурпурные серные бактерии могут способствовать снижению содержания вредных для окружающей среды органических соединений и выбросов запахов в отстойниках сточных вод , где они, как известно, растут. Вредные соединения, такие как метан , парниковый газ, и сероводород , резкое и токсичное соединение, можно найти в отстойниках сточных вод. PSB может помочь снизить концентрацию и тех, и других. [19]
Вредные органические соединения можно удалить путем фотоассимиляции — поглощения углерода организмами посредством фотосинтеза. [20] Когда PSB в лагунах осуществляет 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 ПСБ во время тех же фотосинтетических процессов, которые удаляют органические соединения. Использование H 2 S в качестве восстановителя ПСБ удаляет его из лагуны и приводит к уменьшению запаха и токсичности в лагунах. [22] [23] [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ IMHOFF (JF): Орден I. Chromatiales ord. ноябрь В: DJ BRENNER, NR KRIEG, JT STALEY и GM GARRITY (редакторы), Руководство Берджи по систематической бактериологии, второе издание, том. 2 (Протеобактерии), часть B (Гаммапротеобактерии), Springer, Нью-Йорк, 2005, стр. 1-3.
- ^ Боден Р. (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. дои : 10.1099/ijsem.0.002222 . hdl : 10026.1/9982 . ПМИД 28884673 .
- ^ «Вэньчжоусянелла» . www.uniprot.org .
- ^ Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М. (2015). Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М. (ред.). «Резюме номенклатуры Wenzhouxiangellaceae Wang et al. 2015». Резюме NamesforLife . doi : 10.1601/nm.27206 (неактивен 17 апреля 2024 г.).
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д Хантер, К.Н., Далдал, Ф., Турнауэр, М.К., Битти, Дж.Т. «Пурпурные фототропные бактерии» , Springer-Dordrecht , 2008.
- ^ Сторелли, Никола; Педуцци, Сандро; Саад, Магед М.; Фригаард, Нильс-Ульрик; Перре, Ксавье; Тонолла, Мауро (11 февраля 2013 г.). «В ассимиляции CO2 в хемоклине озера Каданьо доминируют несколько типов фототрофных пурпурных серных бактерий» . ФЭМС Микробиология Экология . 84 (2): 421–432. Бибкод : 2013FEMME..84..421S . дои : 10.1111/1574-6941.12074 . ISSN 0168-6496 . ПМИД 23330958 . S2CID 206920112 .
- ^ Уша Мина, Пранав Кумар (2014). Основы и практика наук о жизни .
- ^ Проктор, Лита М (1997). «Азотфиксирующие, фотосинтезирующие, анаэробные бактерии, связанные с пелагическими копеподами» (PDF) . Водная микробная экология . 12 : 105–113. дои : 10.3354/ame012105 .
- ^ Jump up to: а б Ван Гермерден, Ганс; Мас, Хорди (1995). Аноксигенные фотосинтезирующие бактерии . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. стр. 50–57. ISBN 978-0-306-47954-0 . Проверено 6 октября 2017 г.
- ^ Хубас, К. и др. «Распространение пурпурных серных бактерий на поверхности отложений влияет на разнообразие и функциональность приливного мата» , PLOS One , 5 декабря 2013 г. Проверено 12 февраля 2020 г.
- ^ Сталь ЖЖ (2010) https://ac.els-cdn.com/S0925857409000160/1-s2.0-S0925857409000160-main.pdf?_tid=2a3d5a5e-cd79-11e7-aa3b-00000aacb35f&acdnat=151113 0774_f1d9f08b3f0de5ea6f90b0d1427800bb Микрофитобентос как биогеоморфологическая сила в стабилизации приливных отложений. Ecol Eng 36: 236–245. doi:10.1016/j.ecoleng.2008.12.032.
- ^ Сторелли, Никола; Педуцци, Сандро; Саад, Магед; Фригаард, Нильс-Ульрик; Перре, Ксавье; Тонолла, Мауро (май 2013 г.). «В ассимиляции CO2 в хемоклине озера Каданьо доминируют несколько типов фототрофных пурпурных серных бактерий» . ФЭМС Микробиология Экология . 84 (2): 421–432. Бибкод : 2013FEMME..84..421S . дои : 10.1111/1574-6941.12074 . ПМИД 23330958 .
- ^ Jump up to: а б с Оверманн, Йорг (1997). Достижения микробной экологии . Том. 15. Бостон, Массачусетс: Springer США. стр. 252–258, 278, 279. doi : 10.1007/978-1-4757-9074-0 . ISBN 978-1-4757-9074-0 . S2CID 27575273 .
- ^ 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 . ПМЦ 3271277 . ПМИД 22347219 .
- ^ Jump up to: а б Герберт, Родни; Галл, Эндрю; Маока, Такаши; Когделл, Ричард; Роберт, Бруно; Такаичи, Шиничи; Швабе, Стефани (февраль 2008 г.). «Фототрофные пурпурные серные бактерии как тепловые двигатели в черной дыре Южного Андроса». Исследования фотосинтеза . 95 (2–3): 261–268. Бибкод : 2008PhoRe..95..261H . дои : 10.1007/s11120-007-9246-1 . ПМИД 17906940 . S2CID 8240348 .
- ^ Jump up to: а б с д 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. Бибкод : 1996ApEnM..62.3251O . дои : 10.1128/aem.62.9.3251-3258.1996 . ПМЦ 1388937 . ПМИД 16535399 .
- ^ 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 . ПМИД 27301131 . S2CID 18715218 .
- ^ 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 .
- ^ МакГарви, Дж. А. и др. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1472-765X.2009.02683.x/epdf «Индукция роста пурпурных серных бактерий в отстойниках сточных вод молочной промышленности путем циркуляции». Письма по прикладной микробиологии , вып. 49, нет. 4, 2009, стр. 427–433.
- ^ «Фотоассимиляция | Определение фотоассимиляции на английском языке в Оксфордских словарях». https://en.oxforddictionaries.com/definition/photoassimilation Оксфордские словари | Английский язык , Оксфордские словари, en.oxforddictionaries.com/definition/photoassimilation.
- ^ Лейтем, AB и др. https://ac.els-cdn.com/S0022030217305799/1-s2.0-S0022030217305799-main.pdf?_tid=a8cdccc8-cd79-11e7-8cad-00000aab0f6c&acdnat=1511130986_0d85d5d96ffb 65e1ca976c83f8706f90 «Выбросы метана из молочных лагун на западе США». ." Журнал молочной науки , том. 100, нет. 8, 2017, стр. 6785-6803.
- ^ «Сероводород». http://www.npi.gov.au/resource/гидроген-сульфид Национальный реестр загрязнителей , Департамент окружающей среды и энергетики правительства Австралии, www.npi.gov.au/resource/гидроген-сульфид.
- ^ Кометт, П. (1993). «Экология и физиология фототрофных и сульфатредуцирующих бактерий морских солеников». Эксперименты . 49 (6–7): 473–481. дои : 10.1007/BF01955148 . S2CID 40165089 .
- ^ Дунган, РС; 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 .