Пурпурные серные бактерии - Purple sulfur bacteria

Пурпурные серные бактерии
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Протеобактерии
Учебный класс:Гаммапротеобактерии
Заказ:Chromatiales
Имхофф 2005[1]
Семьи

В фиолетовые серные бактерии (PSB) являются частью группы Протеобактерии способен фотосинтез, вместе именуемые пурпурные бактерии. Они есть анаэробный или же микроаэрофильный, и часто встречаются в стратифицированной водной среде, включая горячие источники, застойная вода тела, а также микробные маты в приливных зонах.[5] В отличие от растения, водоросли, и цианобактерии, пурпурные серные бактерии не используют воды как их Восстановитель, и поэтому не производят кислород. Вместо этого они могут использовать серу в форме сульфида или тиосульфат (а также некоторые виды могут использовать H2, Fe2+, или НЕТ2−) в качестве донора электронов в своих фотосинтетический пути.[5] Сера окисленный производить гранулы элементалей сера. Это, в свою очередь, может быть окислено с образованием серная кислота.

Пурпурные серные бактерии в основном делятся на два семейства: Chromatiaceae и Ectothiorhodospiraceae, которые производят внутренние и внешние гранулы серы соответственно, и демонстрируют различия в структуре их внутренних мембран.[5] Они составляют часть отряда Chromatiales, включенного в гамма-подразделение Proteobacteria. Род Halothiobacillus также входит в состав Chromatiales, в собственное семейство, но не является фотосинтетическим.

Характеристики пурпурных серных бактерий

Основные фотосинтетические пигменты: Бактериохлорофиллы а или б

Расположение фотосинтетических пигментов: плазматическая мембрана и хроматофор (комплексы ламеллярных мембран, которые непрерывны с плазматической мембраной).

Фотосинтетические доноры электронов: H2, H2SS

Отложение серы: внутри ячейки

Метаболический тип: фотолитоавтотроф.[6]

Экология

Среда обитания

Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в освещенных бескислородных зонах озер и других водных средах обитания, где накапливается сероводород, а также в «серных источниках», где геохимически или биологически производимый сероводород может спровоцировать образование пурпурных серных бактерий. Для фотосинтеза необходимы аноксические условия; эти бактерии не могут процветать в насыщенной кислородом среде.[7]

Наиболее благоприятными для развития пурпурных серных бактерий озерами являются меромиктический (постоянно стратифицированные) озера.[8] Меромиктические озера стратифицируются, потому что у них более плотная (обычно соленая) вода на дне и менее плотная (обычно пресная вода) ближе к поверхности. Росту пурпурных серных бактерий также способствует расслоение в голомиктический озера.[8] Эти озера термически стратифицированы; весной и летом вода на поверхности нагревается, что делает ее менее плотной, чем нижележащая более холодная вода, что обеспечивает достаточно стабильную стратификацию для роста пурпурных серных бактерий. Если сульфата присутствует в количестве, достаточном для восстановления сульфата, сульфид, образующийся в отложениях, диффундирует вверх в бескислородные придонные воды, где пурпурные серные бактерии могут образовывать плотные клеточные массы, называемые цветками, обычно в ассоциации с зелеными фототрофными бактериями.

Также можно найти фиолетовые серные бактерии, которые являются важным компонентом в приливные микробные коврики. Коврики, такие как Коврик для микробов Sippewissett, имеют динамическую среду из-за приливов и поступающей пресной воды, что приводит к так же стратифицированной среде, как и в меромиктических озерах. Рост пурпурных серных бактерий возможен, поскольку сера поступает в результате гибели и разложения микроорганизмов, расположенных над ними в этих приливных бассейнах.[5] Стратификация и источник серы позволяют PSB расти в этих приливных бассейнах, где встречаются маты. PSB может помочь стабилизировать эти микробные отложения в среде матов путем секреции внеклеточных полимерных веществ, которые могут связывать отложения в бассейнах.[9][10]

Экологическое значение

Пурпурные серные бактерии могут влиять на окружающую среду, способствуя развитию круговорот питательных веществ, и используя свой метаболизм для изменения своего окружения. Они способны сыграть значительную роль в основное производство предполагая, что эти организмы влияют на цикл углерода через фиксация углерода.[11] Пурпурные серные бактерии также способствуют цикл фосфора в их среде обитания,[12] и железный цикл.[13] В результате подъема этих организмов фосфор, ограничивающее питательное вещество в кислородном слое озер, перерабатывается и поступает в гетеротрофный бактерии для использования.[12] Это указывает на то, что, хотя пурпурные серные бактерии обнаруживаются в бескислородном слое их среды обитания, они способны способствовать росту многих гетеротрофных организмов, доставляя неорганические питательные вещества в вышеуказанный кислородный слой. Еще одна форма утилизации неорганических питательных веществ и растворенное органическое вещество пурпурными серными бактериями через пищевая цепочка; они служат источником пищи для других организмов.[12]

Некоторые пурпурные серные бактерии эволюционировали, чтобы оптимизировать условия окружающей среды для собственного роста. Например, в Южной Черной дыре Андроса на Багамах пурпурные серные бактерии приобрели новую характеристику, в которой они могут использовать свои метаболизм излучать тепловую энергию в окружающую среду.[14] Из-за неэффективности своих каротиноидов или центров сбора света организмы способны выделять избыточную световую энергию в виде тепловой энергии.[14] Эта адаптация позволяет им более эффективно конкурировать в своей среде. Повышая температуру окружающей воды, они создают экологическая ниша который поддерживает их собственный рост, а также позволяет им превзойти другие нетермотолерантные организмы.

Рост в меромиктических озерах

Меромиктические озера представляют собой постоянно стратифицированные озера, образованные градиентом концентрации солей. Нижний сильно засоленный слой отделен от верхнего слоя пресной воды слоем хемоклин, где соленость резко меняется. Из-за большой разницы в плотности верхний и нижний слои не смешиваются, что приводит к бескислородной среде ниже хемоклина.[15] Эта бескислородная среда со светом и достаточным количеством сульфидов идеально подходит для пурпурных серных бактерий.[16][15]

Исследование, проведенное в Mahoney Lake предположил, что пурпурные серные бактерии способствуют переработке неорганического питательного вещества - фосфора.[15] Подъем пурпурных серных бактерий в верхний слой воды создает источник связанного фосфора и фосфатаза активность высвобождает этот фосфор в воду. Затем растворимый фосфор включается в гетеротрофный бактерии для использования в процессах развития. Таким образом, пурпурные серные бактерии участвуют в цикл фосфора и сводит к минимуму потерю питательных веществ.[15]

Биомаркеры

Фиолетовые серные бактерии производят сопряженный пигменты называется каротиноиды эта функция в легкий уборочный комплекс. Когда эти организмы умирают и тонут, некоторые молекулы пигмента сохраняются в отложениях в измененной форме. Одна производимая молекула каротиноида, окенон, является диагенетически изменен на биомаркер окенане. Обнаружение окенана в морских отложениях предполагает присутствие пурпурных серных бактерий во время захоронения. Окенане идентифицировали в одном осадочный выход из Северной Австралии, датируемой 1640 миллионами лет назад.[17] Авторы исследования пришли к выводу, что на основании присутствия биомаркера пурпурных серных бактерий Палеопротерозой океан, должно быть, был аноксический и сульфидные на глубине. Этот вывод свидетельствует о том, что Canfield Ocean гипотеза.

Биоремедиация

Пурпурные серные бактерии могут способствовать сокращению вредных для окружающей среды органических соединений и выбросов запахов в навозные отстойники где они, как известно, растут. Вредные соединения, такие как метан, парниковый газ и сероводород, едкое, токсичное соединение, можно найти в лагунах сточных вод. PSB может помочь снизить концентрацию как тех, так и других.[18]

Вредные органические соединения могут быть удалены путем фотоассимиляции, поглощения углерода организмами посредством фотосинтеза.[19] Когда PSB в лагунах осуществляет фотосинтез, они могут использовать углерод из вредных соединений, таких как метан,[20] в качестве источника углерода. Это удаляет метан, парниковый газ, из лагуны и уменьшает влияние загрязнения атмосферы лагуны.

ЧАС2S может действовать как источник серы для PSB во время тех же процессов фотосинтеза, которые удаляют органические соединения. Использование H2S как восстановитель от PSB удаляет его из лагуны и приводит к уменьшению запаха и токсичности в лагунах.[21][22][23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ IMHOFF (J.F.): Порядок I. Chromatiales ord. ноя В: D.J. БРЕННЕР, Н. KRIEG, J.T. СТАЛИ и Г. М. ГАРРИТИ (редакторы), Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, второе издание, vol. 2 (Proteobacteria), часть B (The Gammaproteobacteria), Springer, New York, 2005, стр. 1-3.
  2. ^ Боден Р. (2017). "Реклассификация Halothiobacillus hydrothermalis и Halothiobacillus halophilus к Гайпаркерия ген. ноя в Thioalkalibacteraceae fam. nov., с исправленными описаниями рода Halothiobacillus и семья Halothiobacillaceae". Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 67 (10): 3919–3928. Дои:10.1099 / ijsem.0.002222. HDL:10026.1/9982. PMID  28884673.
  3. ^ "Wenzhouxiangella". www.uniprot.org.
  4. ^ Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М (2015). Паркер, Чарльз Томас; Гаррити, Джордж М. (ред.). «Резюме номенклатуры для Wenzhouxiangellaceae Wang et al. 2015». Рефераты NamesforLife. Дои:10.1601 / нм.27206.
  5. ^ а б c d Хантер, К.Н., Далдал, Ф., Турнауэр, М.К., Битти, Дж. «Фиолетовые фототропные бактерии», Springer-Dordrecht, 2008.
  6. ^ Уша Мина, Пранав кумар (2014). Фунтамент и практика медико-биологических наук.
  7. ^ Проктор, Лита М (1997). «Азотфиксирующие фотосинтезирующие анаэробные бактерии, связанные с пелагическими веслоногими ракообразными» (PDF). Экология водных микробов. 12: 105–113. Дои:10.3354 / ame012105.
  8. ^ а б Ван Гермерден, Ханс; Мас, Хорди (1995). Аноксигенные фотосинтетические бактерии. Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. С. 50–57. ISBN  978-0-306-47954-0. Получено 6 октября 2017.
  9. ^ Hubas, C. et al. «Распространение пурпурных серных бактерий на поверхности осадка влияет на разнообразие и функциональность приливных матов», PLOS One, 5 декабря, 2013. Проверено 12 февраля, 2020.
  10. ^ Сталь ЖЖ (2010) https://ac.els-cdn.com/S0925857409000160/1-s2.0-S0925857409000160-main.pdf?_tid=2a3d5a5e-cd79-11e7-aa3b-00000aacb35f&acdnat=1511130774_8b014f90bb8b3d8d8d9f08f0b08b0b08b0b08 Микрофитобентос как биогеоморфологическая сила в стабилизации приливных отложений. Ecol Eng 36: 236–245. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2008.12.032.
  11. ^ Сторелли, Никола; Педуцци, Сандро; Саад, Магед; Фригаард, Нильс-Ульрик; Перре, Ксавье; Тонолла, Мауро (май 2013 г.). «В ассимиляции CO2 в хемоклине озера Каданьо доминируют несколько типов фототрофных пурпурных серных бактерий». FEMS Microbiology Ecology. 84 (2): 421–432. Дои:10.1111/1574-6941.12074. PMID  23330958.
  12. ^ а б c Оверманн, Йорг (1997). Успехи микробной экологии. Успехи в микробной экологии. 15. Бостон, Массачусетс: Springer США. С. 252–258, 278, 279. Дои:10.1007/978-1-4757-9074-0. ISBN  978-1-4757-9074-0.
  13. ^ Haaijer, Сюзанна; Crienen, Gijs; Джеттен, Майк; Оп ден Камп, Хуб (2012-02-03). «Аноксические бактерии, циклирующие железо, из пресной воды, богатой сульфидом и нитратами железа». Границы микробиологии. 3: 26. Дои:10.3389 / fmicb.2012.00026. ЧВК  3271277. PMID  22347219.
  14. ^ а б Герберт, Родни; Галл, Андрей; Маока, Такаши; Когделл, Ричард; Роберт, Бруно; Такаичи, Шиничи; Швабе, Стефани (февраль 2008 г.). «Фототрофные пурпурные серные бактерии как тепловые двигатели в Южной Черной дыре Андроса». Фотосинтез Исследования. 95 (2–3): 261–268. Дои:10.1007 / s11120-007-9246-1. PMID  17906940.
  15. ^ а б c d Оверманн, Йорг; Битти, Дж. Томас; Холл, Кен Дж. (27 июня 1996 г.). «Пурпурные серные бактерии контролируют рост аэробных гетеротрофных бактериопланктона в меромиктовом соленом озере». Американское общество микробиологии. 62 (9): 3251–8. ЧВК  1388937. PMID  16535399.
  16. ^ Рогозин Д.Ю .; Зыков, В. В .; Тарновский М.О. (1 января 2016 г.). «Динамика пурпурных серных бактерий в меромиктическом соленом озере Шунет (Хакасия, Сибирь) в 2007–2013 гг.». Микробиология. 85: 93–101. Дои:10.1134 / S0026261716010100.
  17. ^ Brocks, Jochen J .; Шеффер, Филипп (2008-03-01). «Окенан, биомаркер пурпурных серных бактерий (Chromatiaceae) и других новых производных каротиноидов из формации Барни Крик 1640 млн лет». Geochimica et Cosmochimica Acta. 72 (5): 1396–1414. Bibcode:2008GeCoA..72.1396B. Дои:10.1016 / j.gca.2007.12.006.
  18. ^ МакГарви, Дж. А. и др. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1472-765X.2009.02683.x/epdf «Индукция роста бактерий пурпурной серы в отстойниках молочных сточных вод путем циркуляции». Письма по прикладной микробиологии, т. 49, нет. 4, 2009, стр. 427-433.
  19. ^ «Фотоассимиляция | Определение фотоассимиляции на английском языке Oxford Dictionaries». https://en.oxford dictionaries.com/definition/photoassimilation Оксфордские словари | английский, Оксфордские словари, en.oxford dictionaries.com/definition/photoassimilation.
  20. ^ Leytem, ​​AB, et al. https://ac.els-cdn.com/S0022030217305799/1-s2.0-S0022030217305799-main.pdf?_tid=a8cdccc8-cd79-11e7-8cad-00000aab0f6c&acdnat=1511130986_0d85cf870ca6ffb «Выбросы метана из молочных лагун на западе США».Журнал молочной науки, т. 100, нет. 8, 2017, с. 6785-6803.
  21. ^ "Сероводород." http://www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide Национальный кадастр загрязнителей, Департамент окружающей среды и энергетики правительства Австралии, www.npi.gov.au/resource/hydrogen-sulfide.
  22. ^ Caumette, П. (1993). «Экология и физиология фототрофных бактерий и сульфатредуцирующих бактерий морских солончаков». Experientia. 49 (6–7): 473–481. Дои:10.1007 / BF01955148.
  23. ^ Дунганский, РС; Лейтем, А.Б. (2015). «Обнаружение« пурпурных серных бактерий в пурпурных и нефиолетовых сточных водах молочных продуктов ». Журнал качества окружающей среды. 44 (5): 1550–1555. Дои:10.2134 / jeq2015.03.0128. PMID  26436272.