Лекции по природоведческой микробиологии - Заварзин Г.А.
ISBN 5-02006454-8
Скачать (прямая ссылка):
процессы
Гидросфера * 7|Седиментогенез|~
Осадочные f
Диагенез
j (кембрий),-^
Новообразованные 1 1 Остаточные
- (карбонаты) \ / / (глины)
Рис. 1.3. Связь геосферных процессов с биотическими
-"- потоки, -> - каталитическое воздействие, -> - опосредованные реакции
Геологические процессы, обусловленные эндогенной энергией и в зоне
гипергенеза - солнечной энергией, создают среду для биоты и выступают как
независимые переменные
определенность обусловливается ведущим циклом органического углерода,
баланс в котором определяется соотношением продукции и деструкции. Оба
компонента могут варьировать, причем вариации в них зависят от разных
факторов. При этом большую роль играет кинетика процессов. Следовательно,
стехиометрические соотношения могут служить скорее для полуколичественной
оценки приоритетов. Вместе с тем простейшее рассмотрение циклов убеждает
в существовании определенных тенденций в развитии системы, обусловленных
неполной замкнутостью задающего цикла органического углерода и
соответственно движения в область более окисленного состояния биосферы.
Далее очевидно, что вся система сопряженных циклов катализируется
бактериями, которые являются необходимым и достаточным условием для ее
действия. Сопряжение циклов требует согласованной работы групп бактерий,
катализирующих определенные этапы превращений. Эти группы организованы в
сообщества. Поэтому природоведческая микробиология действительно
оказывается базовой дисциплиной для естествознания, и центральной
проблемой в ней оказывается деятельность сообществ микроорганизмов.
16
1.3. ГЕОБИОФИЗИКА
Биогеохимические циклы описывают планетарную машину Земли в абстрактных
химических терминах. Реализация циклов осуществляется в конкретной
географической среде. Масштабы рассматриваемой среды могут быть
различными: от планеты в целом до ландшафта и малой экосистемы. Ключевым
понятием в географии служит ландшафт. Ландшафты объединяются в
ландшафтные зоны, определяющим фактором которых служит гидротермический
режим, характеризуемый климатом. В свою очередь, климат определяется
прежде всего количеством энергии, получаемой участком земной поверхности,
а затем - состоянием атмосферы над этим участком, обусловливаемым
циркуляцией воздушных масс как в масштабе всей планеты, так и
регионально. Гидротермический режим описывается влажностью (гумидностью)
или сухостью (аридностью) и температурой, холодной или теплой. Для
обозначения климата есть ряд терминов (полярный, бореальный, тропический
и т.д.). Климат определяет растительные зоны.
Ландшафтно-климатические зоны явились основой биогеографии. Для
микробиологии, ориентированной на эксперименты с чистыми лабораторными
культурами, вопросы биогеографии не имели значения. Если для зоологов и
ботаников большое значение имеет проблема географической изоляции, то для
микробиологов этот вопрос не возникал - "микробы есть всюду, где есть
условия для их развития". Однако в природоведческой микробиологии,
ключевым объектом которой является микробное сообщество, проблемой служит
взаимодействие микроорганизмов с растительным покровом, которое не может
рассматриваться вне связи с климатом.
Что такое погода и климат? Погода - атмосферные условия, господствующие в
регионе в определенное время, зависящие от тепла или холода, облачности,
влажности, ветра. Климат - "синтез погодных условий в данной области,
определяемый долгосрочной статистикой вариаций состояния атмосферы".
Поэтому, рассматривая биосферные проблемы, следует в первую очередь
обратить внимание на атмосферу.
Климат обусловлен энергетическими механизмами. Разное количество энергии,
получаемой разными регионами от Солнца, приводит к перемещению масс
вещества, обусловливаемому быстрой циркуляцией атмосферы и медленной
циркуляцией в океане. Циркуляция относится к области физики и создает
сложную климатическую систему, где взаимодействуют воздушные массы
атмосферы и водные - океана. Отсюда происходит перераспределение
вещества, и продукты одной зоны переносятся в другую, где они могут
подвергнуться превращениям. Вследствие переноса вещества создается
взаимодействие между различными регионами, ландшафтами, внутри ландшафтов
на разных пространственно-временных уровнях,
17
вплоть до формирования микрозон микроорганизмами. Геохимическая трактовка
оказывается недостаточной, и реализация биогеохимических циклов в
конкретных природных условиях требует понимания физических процессов.
Гетерогенность системы оказывается важнейшим условием ее существования, и
связь между разными частями ее осуществляется материальными потоками -
транспортом.
Транспорт вещества представляет первостепенную проблему для экологии
микроорганизмов, которая рассматривается в рамках геобиофизики. Эта
проблема оказалась ключевой при построении реальных математических
моделей для природных процессов, так как часто именно перенос вещества
составляет лимитирующее звено в реакции. Геобиофизика описывает
