Роль микроорганизмов в трансформации других химических элементов

Как уже отмечалось, из 105 химических элементов не менее 65 подвергаются микробиологической трансформации. Выделены микроорганизмы, осуществляющие эти превращения. Ведутся поиски новых микроорганизмов, способных к биогенной трансформации других элементов. Если из оставшихся 40 элементов отбросить 6 инертных газов и 17 искусственно полученных элементов, не встречающихся на Земле, остается 17 элементов, микробиологическая трансформация которых теоретически возможна. Считается, что такие микроорганизмы в природе есть. Известна присущая всем организмам способность к биогенной трансформации гак называемых микроэлементов - Mo, Zn, Со, Fe, Си, В и др.

 

В литературе накоплен обширный экспериментальный материал о микробиологической трансформации в природных средах многих других элементов, которые не используются в метаболизме живой клетки. В их числе Hg, Cd, Си, V, Mn, Bi, Al, Ag, Аи, Li, U и др. Подробно изучены микробиологические превращения As, Se, Sb и т.д.

Микроорганизмы, участвующие в этих процессах, все шире используются в биотехнологии при выщелачивании и осаждении из природных субстратов разных элементов.

Ртуть в почвах микробиологически трансформируется с образованием метилированных (алкилированных) производных - метил- и диметилртути. Способностью к метилированию обладают практически все микроорганизмы - бактерии и грибы, и, следовательно, процесс может протекать в любых почвах при попадании в них ртути или ее производных. Наиболее активен он в аэробных условиях, при нейтральной реакции среды и повышенной температуре.

Метилртуть - значительно более токсичное и одновременно более летучее соединение, чем другие формы ртути. Кажется невероятным, что в присутствии ртути микроорганизмы могут продуцировать еще более токсичное ее производное. Экспериментально подтверждено, что метилртуть для образующих ее организмов более токсична, чем неорганическая ртуть. Объяснение этому феномену находят в повышенной летучести метилированных соединений ртути, и с точки зрения биологической целесообразности продуцирование ме- тилртути можно оценить как способ нейтрализации токсических солей ртути для микроорганизмов, которая удаляется из места ее образования.

Мышьяк, также как и ртуть, подвергается метилированию почвенными микроорганизмами. Однако соединения ртути, в отличие от мышьякорганических соединений (метил- и диме- тиларсин, метиларсиновая и диметиларсиновая кислоты), в 25 раз менее токсичны, чем трехвалентный мышьяк, и поэтому метилирование мышьяка - биологическое приспособление для детоксикации данного элемента. Метилируют мышьяк в основном почвенные микроскопические грибы, у бактерий - подчиненная роль. Процесс активен в аэробных условиях в нейтральных средах.

В наибольших масштабах в почвах микробиологически трансформируются соединения железа. Железо, как и марганец, - важнейший элемент в почве. Оба элемента имеют переменную валентность, что во многом определяет их огромную роль в биогеохимических превращениях в почве. В зависимости от условий железо в почве находится в оксидной или за- кисной (восстановленной) форме.

Основные минералы, в которых железо представлено в почве в оксидной форме, - гётит Fe(0H)0, ферригидрит Fe₂0₃ х х Н₂0, гематит Fe₂0₃, магнетит FeC0₃.

Восстановление соединений Fe и Мп гетеротрофными микроорганизмами широко распространено в природе. Но наиболее характерен этот процесс для почв, в которых при смене окислительных условий на восстановительные протекает глее- образование, придающее почвенным горизонтам характерный голубовато-зеленый цвет.

В закисной (восстановленной) форме Fe присутствует в почве в составе сидерита FeC0₃, сульфидов FeS₂, FeS, силикатов FeO • А1₂0₃ • Si0₂ • Н₂0. Восстановленные формы Fe сравнительно хорошо растворимы. В окислительной среде они подвергаются химическому и микробиологическому окислению с образованием нерастворимых оксидных соединений.

Восстанавливать Fe способны разные микроорганизмы, причем не только анаэробные, но и факультативно-анаэробные и аэробные. Осуществляемое повсеместно в почве восстановление железа важно для всех организмов, поскольку именно двухвалентное железо входит в состав многих металлофер- ментов (цитохромов, каталазы и др.), ответственных за главные биохимические функции живой клетки.