Rolle in der Biosphäre lebender Organismen des Bakterienreiches. Die Nutzung des Wissens über die biogeochemische Aktivität von Mikroorganismen im Biologieunterricht Stoffkreisläufe

Die Biosphäre des Planeten ist ein einziger Megaorganismus, dessen Teile harmonisch miteinander verbunden sind. Die gesamte Vielfalt des Lebens ist in zwei Reiche unterteilt - Prokaryoten (vornukleare Organismen) und Eukaryoten (mit einem Zellkern). Superkönigreiche sind in lebende Königreiche unterteilt:

• Viren;
• Bakterien;
• Pilze;
• Pflanzen;
• Tiere.

Das Reich der Bakterien wird zusammen mit dem Reich der Viren zum Superreich der Prokaryoten - nichtnuklearen Organismen - kombiniert. Historisch gesehen ist dies die erste Stufe lebender Organismen auf dem Planeten.

Lebende einzellige Organismen erschienen vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Fast eine Milliarde Jahre lang waren sie die einzigen lebenden Bewohner des Planeten - sie haben sich erfolgreich vermehrt, entwickelt und angepasst. Das Ergebnis ihrer vitalen Aktivität war das Auftreten von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre des Planeten, der die Entstehung vielzelliger Organismen - Pilze, Pflanzen, Blumen und Tiere - ermöglichte.

Heutzutage leben lebende Bakterien überall: von den verdünnten atmosphärischen Schichten bis zu den tiefsten Ozeangräben, sie leben im arktischen Eis und in Thermalgeysiren. Bakterien haben nicht nur den freien Raum besiedelt – sie fühlen sich wohl im Inneren anderer Organismen, seien es Pilze, Pflanzen oder Tiere.

In der Natur sind alle Tiere, und der Mensch ist keine Ausnahme, ein Lebensraum für Mikroben, die bewohnen:

• Haut;
• Mundhöhle;
• Innereien.

Forscher haben herausgefunden, dass die Anzahl der Zellen von Mikroorganismen, die im menschlichen Körper leben, zehnmal höher ist als die Anzahl seiner eigenen Zellen. Trotz dieser hohen quantitativen Indikatoren überschreitet das Gewicht der im Körper lebenden Bakterien nicht 2 kg - ein signifikanter Unterschied in der Zellgröße wirkt sich aus.

Lebende Vertreter des Bakterienreichs haben unzählige Arten, aber allen gemeinsam ist:

• Fehlen eines ausgeprägten Kerns;
• sehr kleine (im Vergleich zu pflanzlichen und tierischen Zellen) Zellgrößen;
• die biologische Einheit ist die Zelle selbst, bei ihrer Assoziation sprechen wir von einer Bakterienkolonie.

Es waren Vertreter des Bakterienreichs, die das Auftreten von Pilzen, Pflanzen und Tieren ermöglichten. Auf dem Planeten aufgetaucht, haben sich Mikroorganismen nicht nur an die bestehenden Bedingungen angepasst - sie haben aktiv ihren Lebensraum verändert und qualitativ neue Eigenschaften geschaffen.

Der Kreislauf von Stickstoff und Kohlenstoff in der Natur findet ausschließlich durch Mikroorganismen statt. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Leben auf dem Planeten nicht überleben kann, wenn Mikroben aus der Biosphäre entfernt werden.

Die Rolle von Prokaryoten in biosphärischen Zyklen

Bei der Entstehung des Lebens auf dem Planeten waren Vertreter des Bakterienreichs aktiv an der Bildung der Biosphäre beteiligt. Die moderne Biosphäre braucht Mikroorganismen, um das Funktionsniveau aufrechtzuerhalten - der Energie- und Stoffkreislauf in der Natur wird von Mikroben bereitgestellt.

Beispiele für die dominierende Rolle lebender Mikroben in biosphärischen Prozessen sind die Schaffung und Aufrechterhaltung einer fruchtbaren Bodenschicht.

Neben Gas- und Oxidationsfunktionen gewinnen die geochemischen Funktionen von Mikroorganismen zunehmend an Bedeutung. Enzymatische Aktivität und Konzentrationsfunktionen haben einen signifikanten Einfluss auf die Geochemie des Planeten.

Artenvielfalt von Mikroorganismen

Vertreter des Bakterienreichs bewohnten alle Ebenen der Biosphäre und bestimmen durch die Anwesenheit von Mikroben die oberen und unteren Grenzen der Biosphäre des Planeten. Mikroben leben in Umgebungen mit so unterschiedlichen physikalischen Parametern und unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht.

1. Nach der Form einer lebenden Bakterienzelle:
   • kugelförmige Kokken;
   • stabförmig;
   • verschlungen, unterteilt in Vibrionen und Spirochäten.
2. Nach der Art, wie sich der Körper im Raum bewegt:
   • ohne Geißeln (chaotische Bewegung ähnlich Brown'sch);
   • mit Hilfe von Flagellen (die Anzahl variiert von eins bis zu vielen um den gesamten Umfang herum).
3. Nach den Besonderheiten des Stoffwechsels von Vertretern des Bakterienreiches:
   • Synthese notwendiger Substanzen aus anorganischen Stoffen - Autotrophe;
   • Verarbeitung von organischem Material - Heterotrophe.
4. Zur Energiegewinnung:
   • Atmung (aerobe und anaerobe Mikroorganismen);
   • Fermentation;
   • Photosynthese (sauerstofffrei und Sauerstoff).

Merkmale der Beziehung zwischen Mikroben und Viren - Vertreter der gleichnamigen Königreiche

Das Superreich der Prokaryoten vereint zwei Reiche - Bakterien und Viren, die viel mehr Unterschiede als Gemeinsamkeiten aufweisen. Wenn beispielsweise Bakterien alle lebenserhaltenden Substanzen synthetisieren, sind Viren in der Regel nicht zur Proteinsynthese fähig. Sie können nicht einmal ihre eigene Art selbst reproduzieren, sondern nur, indem sie die Zelle eines anderen infiltrieren.

Viren blockieren die DNA der Wirtszelle und ersetzen sie durch ihre eigene – dadurch produziert die eingefangene Zelle Kopien des eindringenden Virus, was meist zu dessen Tod führt.

Der Begriff " Biosphäre“ wurde Ende des 19. Jahrhunderts in die wissenschaftliche Literatur eingeführt. Geologe E. Suess, um eine besondere Erdhülle zu benennen, die von lebenden Organismen bewohnt wird. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts entstand eine ganzheitliche Biosphärenlehre. der größte Naturforscher-Geochemiker V. I. Vernadsky.

Auf der Grundlage einer Analyse der Geschichte der Atome in der Erdkruste und in ihrer oberen, von Leben umgebenen Hülle gelangte Wernadski zu Schlussfolgerungen von außergewöhnlicher theoretischer und, wie sich später herausstellte, praktischer Bedeutung. Er zeigte, dass die Biosphäre nicht nur von lebenden Organismen besiedelt, sondern auch in erheblichem Umfang von ihnen geochemisch bearbeitet wird; es ist nicht nur ein Lebensraum, sondern auch ein Produkt der Lebenstätigkeit lebender Organismen, die zu allen geologischen Zeiten auf der Erde gelebt haben - die lebendige Substanz des Planeten. A. I. Perelman schlug vor, diese für die Geochemie außerordentlich wichtige Bestimmung „Wernadskysches Gesetz“ zu nennen und formulierte sie wie folgt: „Die Wanderung chemischer Elemente in der Biosphäre erfolgt entweder unter direkter Beteiligung lebender Materie (biogene Wanderung ), oder es findet in der Umwelt statt, deren geochemische Eigenschaften (O 2, CO 2, H 2 S usw.) auf lebende Materie zurückzuführen sind, sowohl auf die, die dieses System derzeit bewohnt, als auch auf die, die in der Biosphäre gewirkt hat während der Erdgeschichte“ (Perelman, 1979, S. 215).

In einem frühen Stadium der Entwicklung der Biologie gab es die Idee, dass alles Leben auf der Erde in zwei "Königreiche" von Organismen unterteilt ist: Flora und Fauna oder das Pflanzenreich - Plantae und das Tierreich - Animalia. Im XVIII-XIX Jahrhundert. Seit der Entdeckung und dem anschließenden intensiven Studium der Welt der Mikroorganismen wurde es notwendig, ein neues drittes Reich der Lebewesen zu unterscheiden, das von Haeckel (1866) das Reich der Protisten genannt wurde. Das Aufkommen neuer Zweige der Biologie, insbesondere der Molekularbiologie, die Verbesserung der Mikroskopietechniken, der Einsatz der Elektronenmikroskopie, die Entwicklung neuer moderner Methoden zur Untersuchung von Mikroorganismen trugen zur weiteren Identifizierung neuer Reiche der lebenden Natur bei; In modernen Klassifikationen werden fünf Königreiche getrennt, die nach der Art der Zellstruktur in zwei Gruppen zusammengefasst werden (R. Murray, 1968; R. Whittaker, 1969):

Tierreich - Animalia

Pflanzenreich der Eukaryoten - Plantae

Königreich der Protisten - Protista

Pilzreich - Mycota

Bakterienreich der Prokaryoten - Procaryota

Der prokaryotische Mikrobenzellentyp ist charakteristisch für Bakterien, Actinomyceten und Blaualgen. Sein Hauptmerkmal ist das Fehlen einer klaren Grenze zwischen der Kernsubstanz und dem Zytoplasma und das Fehlen einer Kernmembran. Die Region des Kerns (das sogenannte Nukleoid) ist mit DNA gefüllt, die nicht mit einem Protein assoziiert ist und keine eukaryotischen Chromosomen ähnlichen Strukturen bildet. Es gibt auch keine Mitochondrien und Chloroplasten, und die Zellwand besteht aus einer heteropolymeren Substanz, die in keinem der eukaryotischen Organismen vorkommt. Im Zytoplasma photosynthetischer Bakterien befinden sich Thylakoide, die Pigmente (Chlorophylle und Carotinoide) enthalten, mit deren Hilfe die Photosynthese durchgeführt wird. Bei manchen Bakterienarten sammeln sich Fett- und Volutinkörnchen in den Zellen an.

Der eukaryotische Zelltyp ist charakteristisch für Pilze, Algen, Protozoen (ähnlich pflanzlichen, tierischen und menschlichen Zellen). Es ist komplexer: Der Kern mit einer zweischichtigen kernporösen Membran ist vom Zytoplasma getrennt, er enthält ein oder zwei Nukleolen, in denen RNA (Ribonukleinsäure) synthetisiert wird, und enthält Chromosomen - Träger von Erbinformationen, bestehend aus DNA und Eiweiß. Im Zytoplasma gibt es auch Mitochondrien (die an Atmungsprozessen teilnehmen) und in Algen Chloroplasten (die Strahlungsenergie in chemische Energie umwandeln).

Laut absoluter Geochronologie und Paläontologie, unter Verwendung neuester Methoden der Biochemie, existierte bereits vor 4-3,5 Milliarden Jahren Leben im Archäikum. Während tiefer Referenzbohrungen in der UdSSR auf der russischen Plattform wurden in den metamorphosierten Sedimentgesteinen der Archäen viele kohlenstoffhaltige Transformationsprodukte der ersten photosynthetischen Organismen - Blaualgen und kleinste organische Körper bakteriellen Ursprungs - gefunden. Diese prokaryotischen Organismen - Bakterien und Cyanophyten, die in einer sauerstofffreien Atmosphäre auftauchten (aber einen photosynthetischen Apparat besaßen) - die einzigen Bewohner der Erde für mehr als 1 Milliarde Jahre, waren die ersten Produzenten von freiem Sauerstoff in ihrer Atmosphäre.

Am Ende des Archaikums und zu Beginn des Proterozoikums – vor 2,6 bis 2,2 Milliarden Jahren – enthielt die Erdatmosphäre bereits genügend Sauerstoff, um oxidative Prozesse durchzuführen. Sulfate (Produkte der Sulfidoxidation) und lateritische Bauxit-haltige Formationen, die Fe-Oxide enthalten, wurden in Gesteinen dieses Alters gefunden (Sidorenko, Tenyakov und andere). Eisenbakterien wurden in proterozoischen Gesteinen gefunden, die 2 Milliarden Jahre alt sind (Zavarzin, 1972). So wurde bereits im Archaikum und unteren Proterozoikum durch die gasförmigen und oxidierenden Funktionen von Mikroorganismen die von ihnen bewohnte Sphäre der Erde so weit verändert, dass sie die geochemischen Merkmale der modernen Biosphäre annahm.

Das Vorhandensein von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre ist zu einer Bedingung für die Entwicklung verschiedener Lebensformen geworden - eukaryotische Protozoen und vielzellige Pflanzen und Tiere. Das Diagramm der Evolution der organischen Welt zeigt nach den Vorstellungen des Paläontologen Akademiker B. S. Sokolov die Hauptstadien der Entwicklung des Lebens nicht nur im Paläozoikum und Mesozoikum (das die Paläontologie seit langem untersucht), sondern auch im Archaean, Aphebia (mittleres und unteres Proterozoikum) - eine lange Periode der Erdgeschichte, als die einfachsten Organismen dominierten und komplexere im Riphean (oberes Proterozoikum) auftauchten. Die ältesten Bakterien, Blaualgen (Cyanophyten), Pilze, Protozoen, mit deren Aktivität die Bildung der Biosphäre verbunden ist, haben zu allen geologischen Zeiten existiert und existieren noch heute.

Mit der Entwicklung und Differenzierung der Lebensformen wurden alle ökologischen Nischen der Biosphäre erobert und ihre geochemische Aktivität immer vielfältiger. Neben den Gas- und Redoxfunktionen haben die Konzentrationsfunktionen lebender Organismen eine kolossale planetare Bedeutung erlangt, besonders ausgeprägt in Bezug auf C, Ca, Si.

Die photosynthetische Aktivität von Organismen und die Konzentration von Kohlenstoff und Sonnenenergie in Form organischer Substanzen bestimmten die globale Verteilung der Bildung von kohlig-kieselsäurehaltigem und Ölschiefer im Proterozoikum und Paläozoikum. Die Entwicklung der Meeresfauna mit einem Kalk-, Phosphat- und Kieselskelett im Kambrium markierte den Beginn der Akkumulation mächtiger Schichten organogener Gesteine, die sich in allen folgenden geologischen Epochen fortsetzte. Die Bildung dieser Gesteine ​​ist weitgehend mit der Aktivität von Mikroorganismen verbunden: Versteinerte Zellen von Cocolithophoren finden sich in allen kalkhaltigen Sedimenten; Ansammlungen von Feuersteinskeletten von Kieselalgen und Radiolarien bilden Kieselalgen und Tripolis.

Eine Vielzahl geochemischer Funktionen von Mikroorganismen, deren hohe enzymatische Aktivität die geochemischen Prozesse der modernen Biosphäre maßgeblich beeinflussen.

Die Biosphäre umfasst mehrere Geosphären: die Troposphäre, die Hydrosphäre (das Weltmeer), die Pedosphäre und den oberen Teil der Lithosphäre – die Kruste und die Verwitterungszone, die Schichten von Sedimentgesteinen bis zu den Grenzen der Ausbreitung des Lebens.

Lebende Materie ist in der Biosphäre ungleich verteilt; Orte mit der größten Konzentration lebender Organismen und einer Vielzahl von Formen - Böden, Bodensedimente von Seen, Gezeitenzonen von Meeresküsten und Flachwasserregalen, die obere euphotische Schicht der Gewässer der Meere und Ozeane. Je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, desto geringer werden die Lebensdichte und die Artenvielfalt. Am tiefsten dringt das Leben von der Erdoberfläche in den Weltozean ein: Die gesamte Wassersäule und der beobachtbare Teil der Bodensedimente sind besiedelt; Am Grund der tiefsten Ozeangräben, wie der Marianen- (11.022 m) und Philippinischen Gräben (über 10.000 m) und anderen, gibt es eine eigentümliche Abgrundfauna, eine vielfältige Mikroflora.

An Land wurden lebende Zellen von Mikroorganismen in der Dicke der Lithosphäre in geringerer Tiefe gefunden: beim Bohren von Brunnen im Grundwasser auf 1500-2000 m, in ölhaltigen Gewässern auf 4500 m. Das Eindringen von Organismen in die Tiefen der Lithosphäre wird durch Temperaturen über 100 °C verhindert.

Die oberen Grenzen der Biosphäre fallen offenbar mit der Grenze der Troposphäre (11.000 m über dem Meeresspiegel) zusammen; Mikroorganismen können in die Stratosphäre gelangen. Das aktive Leben in absoluten Höhen wird jedoch weniger durch niedrige Temperaturen als durch den Mangel an flüssigem Wasser und Kohlendioxid eingeschränkt: Der Partialdruck von CO 2 in einer Höhe von 5600-5700 m ist zweimal geringer als auf Meereshöhe. Lebende, sich aktiv entwickelnde Algen, Pilze und Bakterien finden sich in den Bergen in Höhen von 6200-6500 m, wo sie nicht nur auf Felsen, sondern auch auf der Oberfläche und in der Dicke von Firn und Eis verteilt sind.

Folglich sind Mikroorganismen in der gesamten Biosphäre angesiedelt und sind Indikatoren für ihre unteren und oberen Grenzen: Sie entwickeln sich unter den unterschiedlichsten Umweltbedingungen, bilden kolossale Konzentrationen an Orten allgemeiner Konzentration des Lebens und füllen ökologische Nischen unter extremen Bedingungen, wo das Leben stattfindet von höheren Organismen ist unmöglich.

Eine solche weite Verbreitung wird erstens durch die geringe Masse und Größe von Bakterien erleichtert - 1-2 Mikrometer, Hefezellen, Pilzsporen - etwa 10 Mikrometer. Mit Wasser dringen sie in feinste Felsspalten ein, erreichen tiefe Grundwasserleiter, steigen an die oberen Grenzen der Troposphäre, werden von Luftströmungen davongetragen, fliegen in die Stratosphäre, machen globale Bewegungen und bewohnen die Gletscher Grönlands und der Antarktis.

Mikroorganismen sind sehr widerstandsfähig, vertragen starke Austrocknung und verlieren nicht an Lebensfähigkeit, lebende Zellen enthalten 80-85 % Wasser. Getrocknete Sporen von Schimmelpilzen, einige Bazillen, die nur 40% Wasser enthalten, behalten die Fähigkeit, 10-20 Jahre lang zu keimen. Sporenfreie Mikroorganismen überstehen mehrere Monate Austrocknung.

Im getrockneten Zustand sind Mikroorganismen resistent gegen direktes Sonnenlicht und hohe Temperaturen, so dass auf der Oberfläche von Böden, Felsen und Gesteinsfragmenten in Wüsten eine reichhaltige Mikroflora lebt.

Die allermeisten Mikroorganismen vertragen niedrige Temperaturen gut. In Laboratorien durchgeführte Experimente (Becquerel, 1925) zeigten, dass Bakterien- und Pilzsporen, die ein halbes Jahr oder länger bei flüssiger Lufttemperatur (-190°C) gehalten wurden, nicht absterben und die Fähigkeit zur Keimung behalten. Beim Pumpen von Luft in einer verdünnten Atmosphäre hielten sie sogar niedrigeren Temperaturen stand. Ein Beweis für die Ausdauer von Mikroorganismen bei niedrigen Temperaturen ist ihre weite Verbreitung im Nivalgürtel von Bergen, Polarregionen, Permafrosthorizonten von Böden und Böden. Viele Mikroorganismen können unter ungünstigen Bedingungen in einen Zustand der Anabiose übergehen. Bei der geringsten Verbesserung der äußeren Umgebung kehren sie zum Leben zurück: Die Assimilation von Wasser, Kohlendioxid beginnt, eine schnelle Vermehrung, zum Beispiel erfolgt die Teilung von Mikrokokken jede halbe Stunde. An Orten, an denen sich das Leben konzentriert, bewohnen Millionen und Milliarden von Zellen verschiedener Mikroorganismen jeden Kubikzentimeter natürlicher Gewässer, Böden und Bodensedimente.

Die allgegenwärtige Verbreitung von Mikroorganismen, die hohe Geschwindigkeit der Lebenszyklen sowie die Vielfalt der ausgeübten Funktionen bestimmen ihre herausragende Rolle in den geochemischen Prozessen der Biosphäre. Die Untersuchung der geochemischen Funktionen lebender Materie in der Biosphäre ist die Hauptaufgabe der von V. I. Vernadsky gegründeten Biogeochemie; seine intensive Entwicklung begann Mitte des 20. Jahrhunderts, als im Zusammenhang mit der immer stärker werdenden technogenen Tätigkeit der Menschheit die Probleme des Umweltschutzes auftauchten.

Alle geochemischen Funktionen von Mikroorganismen in der Biosphäre lassen sich mit einem gewissen Maß an Konventionalität in folgende Typen einteilen:

1) Assimilation - in Bezug auf die Gase der Atmosphäre und die Entstehung organischer Stoffe;

2) destruktiv - in Bezug auf organisches Material;

3) Gas - Regulierung des Gashaushalts von Böden, Stauseen, Oberflächenatmosphäre;

4) Redox - in Bezug auf Makro- und Mikroelemente mit variabler Wertigkeit;

5) destruktiv - in Bezug auf Gesteine ​​und Mineralien;

6) Akkumulationsfunktionen und die Bildung von biogenen Mineralien und Gesteinen.

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Frage 1. Beschreiben Sie die Rolle der Prokaryoten in der Biosphäre.

Prokaryoten führen Photosynthese durch und produzieren dabei Sauerstoff in der Atmosphäre. Chemosynthese ist unter Prokaryoten sehr verbreitet. Darüber hinaus gibt es unter den bakteriellen Organismen stickstofffixierende Formen: Dies ist die einzige Gruppe lebender Organismen auf unserem Planeten, die in der Lage ist, Stickstoff direkt aus der atmosphärischen Luft aufzunehmen und somit molekularen Stickstoff in den biologischen Kreislauf einzubinden.

Außerdem haben Prokaryoten eine weitere wichtige Funktion: die Rückführung anorganischer Substanzen in die Umwelt durch die Zerstörung (Mineralisierung) organischer Verbindungen.

Auf der Ebene der gesamten Biosphäre haben Prokaryoten, vor allem Bakterien, eine weitere sehr wichtige Funktion – die Konzentration. Sie sind in der Lage, selbst in extrem geringen Konzentrationen bestimmte Elemente aktiv aus der Umwelt zu extrahieren.

Die Eigenschaften und Funktionen von Prokaryoten sind so vielfältig, dass sie im Prinzip in der Lage sind, stabil funktionierende charakteristische (also nur mit ihrer Beteiligung) Ökosysteme zu schaffen.

Frage 2. Erklären Sie, welche Gefahr besteht, prokaryotische Medikamente in die natürliche Umwelt einzubringen, um deren Schadstoffe zu bekämpfen.

Eine der problematischen Fragen, die während der Einführung von Prokaryoten in die Umwelt auftreten, ist die Feststellung der Art der Beziehung zwischen der eigenen Mikroflora und der eingeführten. Die Möglichkeit einer negativen Beeinflussung des Zustands natürlicher Biogeozänosen durch eingebrachte Mikroorganismen infolge einer Veränderung des bestehenden Gleichgewichts in Mikrobiozönosen ist nicht ausgeschlossen. Dieser Umstand erfordert mit großer Sorgfalt und nur nach sorgfältiger Forschung Prokaryoten für den menschlichen Bedarf und im Kampf gegen Schadstoffe der Biosphäre einzusetzen.

Frage 3. Es ist bekannt, dass alle unterschiedlichsten stickstofffixierenden Bakterien das gleiche Nitrogenase-Enzym besitzen, das die Bindung von molekularem Stickstoff katalysiert. Welche Bedeutung hat diese Tatsache für die Evolution der belebten Natur?

Nitrogenase ist ein multidimensionales Enzym, das aus einem Komplex von zwei Proteinen besteht. Nitrogenasen aus verschiedenen Stickstofffixierern unterscheiden sich etwas in ihren Molekulargewichten und ihrem Metallgehalt. Diese Tatsache weist auf die Einheitlichkeit des Ursprungs stickstofffixierender Bakterien hin. Nitrogenase tauchte in der angestammten Form von Bakterien auf, dann gab es eine Divergenz, die zu einer Vielzahl von stickstofffixierenden Bakterien führte, von denen jedes ein Nitrogenase codierendes Gen hatte.

Der Prozess der Stickstofffixierung findet bei normalem atmosphärischem Druck und normaler Temperatur statt, erfordert jedoch viel Energie.

Für die aktive Arbeit der Nitrogenase sind mikroaerophile Bedingungen erforderlich. Molekularer Sauerstoff hat eine schädigende Wirkung auf beide Nitrogenase-Proteine. Mikroaerophile Bedingungen im Knoten werden durch eine diffuse Sauerstoffbarriere bereitgestellt. Der Nitrogenase-Komplex, der aus der Luft Ammoniak bildet, wirkt sehr sparsam. Wenn genügend Ammoniumionen oder Nitrate im Lebensraum vorhanden sind, funktioniert es nicht mehr.

Stickstoff ist ein absolut essentielles Element für alle lebenden Organismen. Das Hauptreservoir von Stickstoff ist die Erdatmosphäre. Eukaryotische Organismen können Stickstoff nicht direkt aus der Atmosphäre aufnehmen. Durch das Vorhandensein des Enzyms Nitrogenase, das die Bindung von molekularem Stickstoff katalysiert, in stickstofffixierenden Bakterien können mit ihnen in Symbiose lebende Pflanzen leicht verfügbaren Stickstoff gewinnen. Viele Pflanzen, Tiere und Pilze haben die Fähigkeit, mit stickstofffixierenden Prokaryoten eine Symbiose einzugehen.

Frage 4. Der amerikanische Biologe und Ökologe Barry Commoner in den frühen 70er Jahren. 20. Jahrhundert stellte die These als Gesetz der Ökologie auf: "Die Natur weiß es am besten." Erklären Sie, was gemeint war. Äußern Sie Ihre Meinung zu diesem Thema. Begründen Sie Ihre Antwort mit Beispielen.

Barry Commoner sagt, solange es keine absolut zuverlässigen Informationen über die Mechanismen und Funktionen der Natur gibt, können wir, wie jemand, der sich nicht mit Uhren auskennt, sie aber reparieren möchte, leicht natürliche Systeme beschädigen, indem wir versuchen, sie zu verbessern. Er ruft zu äußerster Vorsicht auf. Die Umgestaltung der Natur ist wirtschaftlich schädlich und ökologisch gefährlich. Letztlich können für das Leben ungeeignete Bedingungen geschaffen werden. Die bestehende Meinung über die Verbesserung der Natur ohne die Angabe des ökologischen Kriteriums der Verbesserung ist bedeutungslos.

Ich stimme dieser Meinung zu. Wir glauben oft nicht, dass eine Manifestation der Natur das Ergebnis eines zerstörerischeren und schädlicheren Phänomens für Biozönosen, Biogeozänosen oder für die Biosphäre als Ganzes ist. „Hauptsache, wir fühlen uns wohl“, und die Natur wartet. So geht das nicht!!!

Es lassen sich Beispiele für den einstigen Abschuss von Wölfen anführen, die sich als „Waldpfleger“ entpuppten. In China wurden Spatzen vernichtet, die angeblich Ernten vernichten, aber niemand dachte, dass Ernten ohne Vögel durch schädliche Insekten zerstört würden.

Antwort von Cat[Guru]
Prokaryoten betreiben Photosynthese anders als Pflanzen. Bakterien nutzen dabei den Farbstoff Bacteriochlorin.
und geben keinen Sauerstoff an die Umgebung ab. Photoautotrophe Archaebakterien führen Photosynthese mit Hilfe von Bakteriorhodopsin durch und Cyanobakterien haben neben Chlorophyll noch zwei weitere Farbstoffe: Phycocyanin und Phycoerythrin. Diese Tatsachen zeigen, dass die Natur mehrere Pigmente für die Durchführung der Synthese von primärer organischer Substanz bereitgestellt hat, die die spektrale Zusammensetzung der für die Photosynthese verfügbaren Strahlung erheblich erweitern. Chemosynthese ist unter Prokaryoten sehr verbreitet. Darüber hinaus gibt es unter den bakteriellen Organismen stickstofffixierende Formen: Dies ist die einzige Gruppe lebender Organismen auf unserem Planeten, die in der Lage ist, Stickstoff direkt aus der atmosphärischen Luft aufzunehmen und somit molekularen Stickstoff in den biologischen Kreislauf einzubinden.
Bakterien und Blaugrüne enthalten bis zu 90 % des gesamten im biogenen Kreislauf enthaltenen Stickstoffs in der Zusammensetzung der organischen Substanz; die restlichen 10 % des Stickstoffs werden durch elektrische Blitzentladungen gebunden. Aus dem Vorhergehenden folgt, dass die wichtigste Funktion von Prokaryoten in der Biosphäre die Beteiligung an der Zirkulation von Elementen aus der inerten (nicht lebenden) Natur ist.
Gleichzeitig haben Prokaryoten noch eine weitere wichtige Funktion, die der ersten direkt entgegengesetzt ist: die Rückgabe anorganischer Substanzen an die Umwelt durch die Zerstörung (Mineralisierung) organischer Verbindungen. Heterotrophe Bakterien funktionieren nicht nur in Böden und Gewässern, sondern auch im Darm vieler Tiere, wo sie intensiv auf die Umwandlung komplexer Kohlenhydratverbindungen in einfachere Formen einwirken.
Auf der Ebene der gesamten Biosphäre haben Prokaryoten, vor allem Bakterien, eine weitere sehr wichtige Funktion – die Konzentration. Die Forschung hat ergeben, dass Mikroorganismen bereits in extrem niedrigen Konzentrationen bestimmte Elemente aktiv aus der Umwelt extrahieren können. Beispielsweise ist in den Abfallprodukten einiger Mikroorganismen der Gehalt an Eisen, Vanadium, Mangan und einigen anderen hundertfach höher als in ihrer Umgebung. Die Aktivität von Bakterien hat tatsächlich natürliche Ablagerungen dieser Elemente geschaffen.
Die Eigenschaften und Funktionen von Prokaryoten sind so vielfältig, dass sie im Prinzip in der Lage sind, stabil funktionierende charakteristische (also nur mit ihrer Beteiligung) Ökosysteme zu schaffen. Nicht ohne Grund wurde es in der Geschichte des Lebens auf der Erde fast 2 Milliarden Jahre lang durch Prokaryoten repräsentiert. „Es waren Cyanobakterien, die nach einer nuklearen Explosion erstmals das Bikini-Atoll besiedelten und die Insel Surrey, die 1963 durch den Ausbruch eines Unterwasservulkans südlich von Island entstand. Hohe Resistenz gegen äußere Einflüsse (eine Reihe von Prokaryotenarten Temperaturen über 100 ° C standhalten, eine saure Umgebung mit einem pH-Wert von mit einem Gehalt von 20-30% Halit NaCl in Lösung) macht diese Gruppe zu Vertretern lebender Materie unter extremsten Bedingungen "(Shilov I. A., 2000, S. 56 )
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Unterrichtstyp - kombiniert

Methoden: teilweise explorativ, problematische Darstellung, erklärend und illustrativ.

Ziel:

Bildung eines ganzheitlichen Wissenssystems über Wildtiere, ihre systemische Organisation und Evolution bei Studenten;

Fähigkeit, neue Informationen zu biologischen Fragestellungen begründet zu beurteilen;

Erziehung zu staatsbürgerlicher Verantwortung, Selbständigkeit, Eigeninitiative

Aufgaben:

Lehrreich: über biologische Systeme (Zelle, Organismus, Art, Ökosystem); die Geschichte der Entwicklung moderner Ideen über Wildtiere; herausragende Entdeckungen in der Biowissenschaft; die Rolle der Biowissenschaften bei der Gestaltung des modernen naturwissenschaftlichen Weltbildes; Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnis;

Entwicklung kreative Fähigkeiten im Prozess des Studiums der herausragenden Errungenschaften der Biologie, die in der universellen Kultur enthalten sind; komplexe und widersprüchliche Wege zur Entwicklung moderner wissenschaftlicher Ansichten, Ideen, Theorien, Konzepte, verschiedener Hypothesen (über das Wesen und den Ursprung des Lebens, des Menschen) im Zuge der Arbeit mit verschiedenen Informationsquellen;

ErziehungÜberzeugung von der Möglichkeit, Wildtiere zu kennen, die Notwendigkeit eines sorgfältigen Umgangs mit der natürlichen Umwelt, der eigenen Gesundheit; Respekt vor der Meinung des Gegners bei der Diskussion biologischer Probleme

Persönliche Ergebnisse des Biologielernens:

1. Bildung der russischen bürgerlichen Identität: Patriotismus, Liebe und Respekt für das Vaterland, ein Gefühl des Stolzes auf ihr Heimatland; Bewusstsein für die eigene Ethnizität; Assimilation humanistischer und traditioneller Werte der multinationalen russischen Gesellschaft; Förderung eines Verantwortungs- und Pflichtgefühls gegenüber dem Mutterland;

2. Bildung einer verantwortlichen Einstellung zum Lernen, Bereitschaft und Fähigkeit der Schüler zur Selbstentfaltung und Selbstbildung auf der Grundlage von Lern- und Erkenntnismotivation, bewusster Wahl und Aufbau eines weiteren individuellen Bildungswegs auf der Grundlage von Orientierung in der Berufswelt und berufliche Präferenzen unter Berücksichtigung nachhaltiger kognitiver Interessen;

Meta-Fach-Lernergebnisse in Biologie:

1. die Fähigkeit, die Ziele des eigenen Lernens selbstständig zu bestimmen, sich selbst neue Aufgaben im Studium und in der kognitiven Aktivität zu stellen und zu formulieren, die Motive und Interessen der eigenen kognitiven Aktivität zu entwickeln;

2. Beherrschung der Komponenten von Forschungs- und Projektaktivitäten, einschließlich der Fähigkeit, das Problem zu sehen, Fragen zu stellen, Hypothesen aufzustellen;

3. die Fähigkeit, mit verschiedenen Quellen biologischer Informationen zu arbeiten: biologische Informationen in verschiedenen Quellen (Lehrbuchtext, populärwissenschaftliche Literatur, biologische Wörterbücher und Nachschlagewerke) finden, analysieren und

Informationen auswerten;

kognitiv: Auswahl wesentlicher Merkmale biologischer Objekte und Prozesse; Beweise (Argumentation) der menschlichen Verwandtschaft mit Säugetieren vorbringen; die Beziehung zwischen Mensch und Umwelt; Abhängigkeit der menschlichen Gesundheit vom Zustand der Umwelt; die Notwendigkeit, die Umwelt zu schützen; Beherrschung der Methoden der Biowissenschaften: Beobachtung und Beschreibung biologischer Objekte und Prozesse; biologische Experimente aufbauen und deren Ergebnisse erklären.

Regulierung: die Fähigkeit, selbstständig Wege zum Erreichen von Zielen zu planen, einschließlich alternativer, um bewusst die effektivsten Wege zur Lösung von Bildungs- und kognitiven Problemen zu wählen; die Fähigkeit, pädagogische Zusammenarbeit und gemeinsame Aktivitäten mit dem Lehrer und den Mitschülern zu organisieren; einzeln und in der Gruppe arbeiten: gemeinsame Lösungen finden und Konflikte lösen, basierend auf der Abstimmung von Positionen und unter Berücksichtigung von Interessen; Bildung und Entwicklung von Kompetenzen im Bereich der Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien (im Folgenden als IKT-Kompetenzen bezeichnet).

Gesprächig: die Bildung kommunikativer Kompetenz in der Kommunikation und Zusammenarbeit mit Gleichaltrigen, Verständnis der Merkmale der Geschlechtersozialisation in der Jugend, sozial nützliche, pädagogische, forschende, kreative und andere Aktivitäten.

Technologien : Gesundheitserhaltung, problematisch, Entwicklungserziehung, Gruppenaktivitäten

Empfänge: Analyse, Synthese, Schlussfolgerung, Übertragung von Informationen von einem Typ auf einen anderen, Verallgemeinerung.

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