Поиск

Биохимический механизм деструкции минералов (часть 1)
20.10.2012

В настоящее время известно несколько биохимических механизмов воздействия микроорганизмов на почвообразующую породу. Их жизнедеятельность может быть как прямой, так и косвенной причиной разрушении кристаллических решеток минералов и перехода содержащихся в них химических элементов в подвижное, доступное для растений состояние. Можно выделить два типа прямого воздействия микроорганизмов на породу: ферментативное разрушение и деструкция с помощью микробных слизей.
Минералы, содержащие в своем составе элементы с переменной валентностью, могут разрушаться в результате прямого непосредственного воздействия на них микробных ферментов. Наиболее хорошо изученными являются ферментативные реакции, приводящие к распаду минералов, содержащих серу, железо и марганец. Упомянутые элементы под воздействием соответствующих ферментов окисляются или восстанавливаются, что в конечном итоге и является причиной разрушения минерала. Таким путем происходит, в частности, деструкция пирита, халькопирита и ряда других сульфидных минералов некоторыми представителями рода Thiobacillus, способными окислять серу, двухвалентное железо и использовать освобождающуюся при этом энергию на синтетические нужды клетки.
Можно считать доказанным, что для осуществления реакции окисления сульфидов некоторыми тиобациллами необходим непосредственный контакт микробных клеток с поверхностью минерала. Активно метаболирующие клетки бактерий при этом прочно прикрепляются к соответствующим минеральным частичкам. С помощью сканирующего микроскопа было обнаружено, что тиобациллы, окисляющие коллоидальную серу, физически прикрепляются к ее гранулам с помощью «мостиков» и вызывают эрозию их поверхности.
Из железосодержащих минералов ферментативным путем могут разрушаться, по-видимому, не только минералы, имеющие в своем составе закисное железо, но также и окисное. Многие гетеротрофные микроорганизмы, как известно, попадая в анаэробные условия, используют трехвалентное железо в качестве окислителя при процессах дыхания вместо кислорода.
Под влиянием микробных редуктаз валентное состояние этого элемента изменяется, и железо переходит в двухвалентную форму, приобретая благодаря этому большую подвижность. Несмотря на несомненно ферментативный характер процесса восстановления железа микроорганизмами, до сих пор все еще остается окончательно невыясненным, воздействуют ли редуктазы непосредственно на железо, находящееся в составе кристаллических решеток минералов, пли па железо, уже перешедшее в раствор под влиянием выделяемых микроорганизмами продуктов обмена, в частности органических кислот, как это наблюдал С. Бромфильд. Полученные некоторыми исследователями результаты подтверждают возможность прямого восстановления железа. По мнению Л. Мандала, после затопления почвы происходит прямое восстановление нерастворенной окисной формы железа в нерастворимую закисную. Л. де Кастро и X. Эрлих получили бесклеточный активный экстракт бацилл, способный восстанавливать трехвалентное железо, входящее в состав лимонита и гётита. По нашим наблюдениям, проведенным с помощью метода капиллярной микроскопии, при помещении педоскопов, содержащих растертую железомарганцевую руду, в оглеенные горизонты почвы частички руды заселяются бактериями и постепенно растворяются под непосредственным воздействием прикрепившихся к ним микробных клеток. X. Эрлих доказал возможность ферментативного восстановления марганца железомарганцевых конкреций обитающими на них бактериями. Поскольку оксидазы и редуктазы воздействуют лишь на элементы с переменной валентностью, ферментативному разрушению могут подвергаться далеко не все минералы.
Вероятно, большее значение в разрушении компонентов почвообразующей породы имеет слизеобразование, так как воздействие слизей носит менее специфический характер, чем воздействие ферментов. Способность к слизеобразованию свойственна многим видам почвенных бактерий и водорослям. Слизи представляют собой большей частью полисахариды, содержащие уроновые кислоты. Имеющиеся в их составе карбоксильные и фенольные группы ответственны за распад кристаллических решеток минералов. Реагируя с определенными химическими элементами, они образуют комплексные связи, что приводит к выходу соответствующих веществ из состава кристаллических решеток и к переходу их в раствор.
При определенных экологических условиях в почвах обнаруживаются многочисленные бактериальные микроколонии, клетки которых погружены в обильную слизь. Их часто можно наблюдать при изучении микробных пейзажей почв, особенно в момент чрезмерного переувлажнения или, наоборот, наибольшего иссушения почвы. Это связано с тем, что слизеобразование — не только средство извлечения элементов зольного питания из труднорастворимых природных соединений, но одновременно и защитный механизм, предохраняющий микроорганизмы от воздействия целого ряда неблагоприятных факторов среды.
По имеющимся данным, основная масса находящихся в почвах органических полимеров микробного происхождения и представлена внеклеточными полисахаридами и полиуронидами микроорганизмов, или, иначе говоря, микробными слизями и их остатками.