Редуценты в биологии¶
Редуценты — это организмы (преимущественно бактерии и грибы), разрушающие органические остатки мёртвых растений и животных до неорганических веществ — минеральных солей, воды и углекислого газа. Вместе с продуцентами (автотрофами) и консументами (гетеротрофами) редуценты образуют основные функциональные группы в цепях питания и круговороте веществ в экосистемах.
¶Место в экосистеме
В экологической триаде «продуценты — консументы — редуценты» последние выполняют роль замыкающего звена. Продуценты (зелёные растения, водоросли, цианобактерии) создают органику из неорганических веществ за счёт энергии солнечного света. Консументы (растительноядные, хищные и всеядные животные) потребляют готовую органику. Редуценты же разрушают отмершие остатки всех групп организмов, возвращая элементы в почву, воду и атмосферу, где они снова становятся доступны продуцентам. Без редуцентов биосфера оказалась бы завалена органическими остатками, а круговорот веществ — прерван.
¶Основные группы редуцентов
К редуцентам относят:
- Бактерии — наиболее многочисленная и активная группа. Сапрофитные бактерии (Bacillus, Pseudomonas, Clostridium и др.) разлагают белки, жиры, углеводы. Отдельную роль играют нитрифицирующие бактерии, превращающие аммиак в нитриты и нитраты, и десульфатирующие бактерии, восстанавливающие сульфаты до сероводорода.
- Грибы — сапротрофные грибы (шампиньоны, опята, строфария, многие микроскопические грибы) выделяют ферменты, расщепляющие целлюлозу, лигнин и хитин. Именно грибы способны разрушать древесину, содержащую лигнин.
- Некоторые беспозвоночные — дождевые черви, клещи, ногохвостки, личинки насекомых. Они механически измельчают растительные остатки, ускоряя их дальнейшее разложение бактериями и грибами. Дождевые черви, например, перерабатывают значительную часть опавшей листвы, формируя гумус.
¶Процесс разложения
Разложение органики редуцентами идёт в несколько стадий. Сначала сложные полимеры (белки, целлюлоза, жиры) расщепляются внеклеточными ферментами до мономеров — аминокислот, сахаров, жирных кислот. Затем мономеры усваиваются клетками редуцентов и окисляются с получением энергии. Продуктами полного разложения становятся:
- углекислый газ (CO₂) — выделяется в атмосферу;
- вода;
- минеральные соли (нитраты, фосфаты, сульфаты, катионы калия, кальция, магния) — возвращаются в почву и воду.
При недостатке кислорода (в болотах, иле водоёмов) разложение идёт анаэробно, с участием анаэробных бактерий, и продуктами становятся метан, сероводород, аммиак и другие восстановленные соединения.
¶Роль в круговороте веществ
Редуценты обеспечивают замыкание биогенных круговоротов. Азот, фосфор, калий и другие элементы, связанные в органике, освобождаются ими в форме, доступной корням растений. Особое значение имеет азотный цикл: аммонифицирующие бактерии превращают белковый азот в аммиак, нитрифицирующие — в нитриты и нитраты, которые усваиваются растениями. Часть нитратов восстанавливается денитрифицирующими бактериями до молекулярного азота, уходящего в атмосферу.
¶Значение в природе и хозяйстве
Редуценты участвуют в формировании гумуса — плодородного слоя почвы. Их деятельность определяет скорость минерализации органических остатков и, следовательно, продуктивность экосистем. В сельском хозяйстве роль редуцентов проявляется при компостировании, силосовании и переработке органических отходов. В промышленной микробиологии используют способность отдельных видов бактерий и грибов разлагать ксенобиотики — пестициды, нефть, полимеры. Микробиологическая очистка сточных вод основана на деятельности редуцентов, минерализующих органические загрязнения.
¶История изучения
Роль микроорганизмов в разложении органики впервые обосновал Луи Пастёр в 1860-х годах, показав связь брожений с жизнедеятельностью микроскопических организмов. Термин «редуценты» закрепился в экологии в XX веке в рамках представлений о функциональных группах организмов, разработанных В. Н. Сукачёвым и другими отечественными экологами.
¶Источники
- Сукачёв В. Н. Основы лесной биогеоценологии. — М.: Наука, 1975.
- Бигон М., Таунсенд К., Харпер Дж. Экология: особи, популяции, сообщества. — М.: Мир, 1986.
- Реймерс Н. Ф. Экология: теории, законы, правила, принципы и гипотезы. — М.: Россия молодая, 1994.
- Одум Ю. Экология. — М.: Мир, 1986.
- Беляков В. А., Капков В. И. Биология с основами экологии. — М.: Академия, 2008.