В естественных водах, среднее содержание железа (в интервале 0,01-26 мг/л). Кроме того, животные особи, бактерии и растения содержат его в своих организмах.
Даже в тканях и внутренних органах людей есть железо, поступающее в организм вместе с едой. Потребность в нем для взрослого человека составляет 11-30мг. Избыток железа приводит к гемохроматозу и серьезным нарушениям внутренних органов.
Имеется большая группа микроорганизмов, которые необходимую для своей жизнедеятельности энергию получают от окислительных реакций неорганических веществ. Такие микроорганизмы называются литотрофными, (от греческих слов lithos камень и trophe питание). К ним относятся и железобактерии. Железобактерии относятся к аэробным микроорганизмам, то есть для их жизни необходим кислород.
Эти микроорганизмы, обитая в природе, являются жителями почвы, пресных, соленых или кислых источников, болот.
Железобактерии условно можно разделить на две группы:
- Не использующие энергию, выделенную при окислении железа, для жизни. Это нитчатые железобактерии и свободноживущие одноклеточные микоплазмы.
- Получающие энергию в результате окисления железа ацидофильные железобактерии.
Thiobacillus ferrooxidan относится к тионобактериям, может также окислять восстановленные соединения серы, является одновременно и серобактерией, в отличие от железобактерии Leptospirillum ferooxidans.
Бактерии широко распространены в природе: в почве, в месторождениях сульфида, в источниках и кислых озерах с высоким содержанием закиси железа. Обитают в местах залежей угля и золотых руд. Для людей совершенно безвредны, устойчивы к низким температурам.
Способны окислять оксиды металлов, используя углекислый газ в качестве источника углерода. В средах с содержанием кислорода процесс выщелачивания металлов ускоряется. Поэтому для искусственного обогащения руд применяют способ орошения отвалов руды специальными серными растворами, содержащими двухвалентное железо, а также дополнительную подачу воздуха.
Подобным способом в мире обогащают около 5% общей добытой меди и получают уран.
Читайте также:
За счет жизнедеятельности железобактерий (нитевидные бактерии и одиночные железобактерии) происходит круговорот железа в природе. Они окисляют железо до гидроксида железа, а углерод получают из углекислоты. Таким образом, железобактерии получают энергию для своей жизнедеятельности, а после смерти осаждаются в почве в виде болотной руды.
В чистом виде железо непрочно, поэтому практически не применяется. Его используют для выработки электромагнитов, как катализатор химических реакций и др.
Основное применение этот металл находит в виде сплавов. На их долю приходится 95% всей металлопродукции. Железо основной компонент стали и чугуна. В стали меньше углерода, чем в чугуне, и поэтому она более пластична и устойчива к резким ударным нагрузкам железа.
Так же железо входит в состав никелевых и других сплавов, использующихся в электротехнике, железо-воздушных аккумуляторах и железо — никелевых аккумуляторах.
На основе железа производятся материалы, которые могут выдерживать действие низкой и повышенной температуры, агрессивной среды, ядерных излучений, вакуума и высоких давлений и т. п.
Железо относится к группе тех металлов, которые очень широко применяются во всех областях народного и бытового хозяйства. Чугун и сталь стали основой современной техники. С их участием произошло развитие тяжелой промышленности, разнообразного наземного транспорта и др.
Железо – один из наиболее широко распространенных элементов в природе. По количественному содержанию в земной коре (до глубины приблизительно 15 километров) оно занимает третье место, уступая лишь алюминию и кремнию. В породах, из которых состоит эта доступная нашему наблюдению часть земной коры, железо находится как в окисных, так и в закисных соединениях. Чем же отличаются эти два вида соединений? На первый взгляд, казалось бы, отличие их невелико: в закисных соединениях железо двухвалентно, а в окисных оно трехвалентно, но посмотрите, к чему это приводит.
Естественные окисные соединения в воде почти не растворимы, в то время как закисные, например железный шпат, под влиянием свободной углекислоты растворяются довольно легко. Именно в такой форме растворенных закисных соединений и находится железо в воде природных железистых источников. Нетрудно приготовить растворы закисных солей железа и искусственно.
И вот если такие растворы оставить стоять на воздухе, то со временем на дне колб появится рыхлый бурый осадок. Это гидрат окиси железа. Растворы окисляются, двухвалентное закисное железо переходит в трехвалентную окисную форму. Однако в лабораторных условиях, в искусственных растворах без присутствия катализаторов (веществ, ускоряющих течение реакции), процесс этот идет медленно, очень медленно. Гораздо быстрее превращение ионов двухвалентного железа в трехвалентное и образование такого же осадка можно наблюдать дома в бутылке с обыкновенной минеральной водой.
Но с еще большей скоростью этот процесс происходит в природе, в естественных водоемах.
Здесь есть свои катализаторы – микроорганизмы.- Простой опыт. Добавьте к свежей железистой воде немного карболовой кислоты (убейте микробов), и осадка не образуется, вода останется прозрачной.
Вот этих-то бактерий, ускоряющих реакцию окисления закисных соединений железа, Виноградский и назвал железобактериями.
Но бактерии работают, так сказать, не бесплатно. Реакции, при которых двухвалентное железо переходит в трехвалентное, идут с выделением свободной энергии. А поскольку у железобактерий эта реакция происходит в протоплазме, в самом теле бактерий, то выделившаяся энергия используется для обеспечения жизненных процессов, обмена веществ. Конечный продукт этого обмена – нерастворимая гидроокись железа: трубочки, нити и хлопья, устилающие дно естественных водоемов.
Выяснение способа питания железобактерий и составляло суть одного из открытий Виноградского. Путем многих экспериментов ученый показал, что на Земле обитают организмы, для которых металл служит хлебом насущным.
Особенности жизнедеятельности железобактерий, их способ добывания энергии казались столь разительными, что это далеко не сразу было признано всеми учеными. Спор между сторонниками Виноградского и школой немецкого физиолога Молиша, отрицавшего столь странный способ существования микробов, длился полстолетия.
До начала нашего века оставалось неизученным и строение железобактерий. Пустые трубочки гидрата окиси железа – “оформленные продукты обмена веществ”, как их называл Виноградский, – долго оставались источником недоразумений и заблуждений. Почти 100 лет прошло после открытия Эренбергом железобактерий, а исследователи ошибочно принимали безжизненные пустые нити “болотной ваты” за самих бактерий.
Серьезную попытку описать строение и изучить развитие одного из видов рода Лептотрикс предпринял в 1907-1910 годах англичанин Эллис. Вывод его был неожиданным: протоплазма клеток железобактерий бесструктурна и полностью растворима в соляной кислоте.
Ученый повторил ошибку своих предшественников, отождествив вещество пустых влагалищ и появляющиеся в них при высыхании препарата пузырьки воздуха с протоплазмой бактериальных клеток. Подлинных клеток железобактерий Эллис так никогда и не увидал.
Впервые это удалось замечательному советскому микробиологу Холодному. Этот скромный и очень простой в обращении человек обладал даром удивительного экспериментатора, решавшего сложнейшие микробиологические проблемы путем опытов, гениальных по своей простоте.
Вот взята обыкновенная пробка и в нее одним углом вставлено несколько тоненьких покровных стекол. Казалось бы, чего здесь особенного? Но посмотрите, что происходит дальше.
Пробки помещают в аквариумы так, чтобы вставленные в них стекла были погружены в воду. Ее берут из естественных водоемов, и, конечно, в ней обитают самые различные микроорганизмы.
Пройдет некоторое время, и микробы начнут заселять предоставленные им экспериментатором бесплатные квартиры – стеклышки. Теперь остается только вынуть поплавки, снять стекла и под микроскопом изучить их население. Этим и занимался Холодный.
В одном из опытов среди прочих жильцов ученый увидел удивительное микроскопическое деревце. Своим стебельком оно было прикреплено к стеклышку, а его веточки свободно плавали в воде. Но что особенно по-разило исследователя, так это на редкость правильное ветвление крохотного “растеньица”.
Его стебелек всегда строго разделялся на две веточки, те, в свою очередь, через определенный промежуток делились тоже на две и так далее. К тому же легко было заметить, что и стебелек и ветви представляют собой закрученные спирально ленты. Найденный организм очень заинтересовал ученого. Началось кропотливое и тщательное изучение загадочного деревца. Препарат готовился за препаратом. Опыт следовал за опытом. И лишь после долгих трудов пришла разгадка.
“Деревце” оказалось железобактерией, старой знакомой микробиологов, описанной еще Эренбергом и принятой им за диатомовую водоросль. В течение почти 100 лет ученые сталкивались с обломками этого “деревца”, считая их целыми микроорганизмами и относя то к одному, то к другому роду железобактерий. Академик Холодный был первым человеком, увидевшим все “деревце” целиком.
Работа продолжалась, и вскоре выяснилось, что “деревце” – это лишь мертвое образование, построенное из гидрата окиси железа. Сами же бактерии располагаются на концах веточек, и каждая из них представляет собой одну-единственную клетку.
Все “деревце” вырастает также из одной клетки, которая, делясь пополам, дает начало двум новым веточкам, потом каждая делится еще раз, и так далее.
Так была раскрыта одна из тайн железобактерий и положен конец вековым заблуждениям и ошибкам. Открытый 100 лет назад как водоросль, потом долго принимаемый за нитчатую бактерию организм оказался микробом одноклеточным.
Начиная с тридцатых годов нашего века изучение железобактерий, их строения, жизнедеятельности и распространения в природе встало на серьезную научную основу. Особенно много сделал сам Николай Григорьевич Холодный. Он открыл семь новых, дотоле неизвестных науке видов железобактерий. Из них четыре относятся к нитчатым железобактериям из рода Лептотрикс.
И все-таки, “если оценивать итоги более чем столетних исследований группы железобактерий по числу открытых за это время “хороших видов”, – пишет академик Холодный, – то придется признать эти итоги весьма незначительными. Очень скудны также наши сведения о строении и истории развития железобактерий. При описании некоторых форм часто приходится ограничиваться лишь указанием формы и размеров их клеток. О характере питания и дыхания других форм нам пока ничего не известно”.
Частые вопросы
Каким образом железобактерии хемосинтезирующие получают питание?
Железобактерии хемосинтезирующие получают питание путем окисления неорганических соединений, таких как железо и сероводород, с использованием энергии, высвобождаемой в процессе окисления.
Какие примеры железобактерий хемосинтезирующих существуют?
Примерами железобактерий хемосинтезирующих являются виды рода Acidithiobacillus, Leptospirillum, Gallionella, Sideroxydans и др.
Являются ли железобактерии хемосинтезирующие паразитами?
Некоторые виды железобактерий хемосинтезирующих могут быть паразитами, например, некоторые штаммы рода Leptospirillum обнаружены в биологических образцах, связанных с заболеваниями человека. Однако большинство железобактерий хемосинтезирующих обитают в природных экосистемах и выполняют важные функции в биогеохимических циклах.
Полезные советы
СОВЕТ №1
Изучите основные принципы хемосинтеза, чтобы понять, как железобактерии получают энергию и питательные вещества из окружающей среды.
СОВЕТ №2
Изучите примеры хемосинтезирующих железобактерий, такие как серные бактерии, железные бактерии и нитратредуцирующие бактерии, чтобы понять их разнообразие и значение в природе.
СОВЕТ №3
Изучите вопрос о том, являются ли хемосинтезирующие железобактерии паразитами, чтобы понять их взаимоотношения с другими организмами и их роль в экосистеме.
Загрузка...
