какие водоросли выделяют кислород
Леса, легкие планеты?
01.07.2014 Размещено в ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ЗООЛОГИЯ
Комментариев нет
Лес
Лес
Есть такое заблуждение, которое вошло даже в учебники, леса – лёгкие планеты. Леса на самом деле производят кислород, а лёгкие потребляют. Так что это скорей «кислородная подушка». Так почему же данное утверждение является заблуждением? На самом деле кислород производят не только те растения, которые растут в лесу. Все растительные организмы, в том числе и обитатели водоёмов, и жители степей, пустынь постоянно производят кислород. Растения в отличие от животных, грибов и прочих живых организмов могут сами синтезировать органические вещества, используя для этого энергию света. Этот процесс называется фотосинтезом. В результате фотосинтеза выделяется кислород. Это побочный продукт фотосинтеза. Кислорода выделяется очень и очень много, собственно говоря, 99 % кислорода, который присутствует в атмосфере Земли растительного происхождения. И только 1 % поступает из мантии, нижележащего слоя Земли.
Тропический лес
Тропический лес
Тропический лес вообще уникальная экосистема, она весьма устойчивая, потому, что расход вещества равен производству. Но опять-таки излишка никакого не осталось. Так что даже тропические леса сложно назвать кислородными фабриками.
Так почему же тогда после города нам кажется, что в лесу чистый, свежий воздух, что там очень много кислорода? Всё дело в том, что выработка кислорода очень быстрый процесс, а вот расход – процесс очень медленный.
Торфяное болото
Торфяное болото
Так что же тогда является кислородными фабриками планеты? На самом деле это две экосистемы. Среди «сухопутных», являются торфяные болота. Как мы знаем в болоте процесс разложения отмершего вещества идёт очень и очень медленно, в результате чего мёртвые части растений проваливаются вниз, накапливаются, и образуются залежи торфа. Торф не разлагается, он спрессовывается и остаётся в виде огромного органического кирпича. То есть при торфообразовании много кислорода не тратиться. Таким образом болотная растительность кислород производит, а вот сама кислород употребляет очень мало. В результате именно болота дают именно ту прибавку, которая и остаётся в атмосфере. Однако настоящих, торфяных болот на суше не так-то много, и конечно им одним поддерживать кислородный баланс в атмосфере практически невозможно. И вот здесь помогает другая экосистема, которая называется мировой океан.
Фитопланктон
Фитопланктон
В мировом океане нет деревьев, травы в виде водорослей наблюдаются только возле побережья. Однако растительность в океане всё-таки существует. И основную её часть составляют микроскопические фотосинтезирующие водоросли, которые учёные называют фитопланктон. Эти водоросли настолько малы, что зачастую каждую из них невозможно увидеть простым глазом. Зато скопление их видны всех. Когда на море видны ярко-красные или ярко-зелёные пятна. Вот это и есть фитопланктон.
Каждая из этих маленький водорослей производит огромное количество кислорода. Потребляет сама очень мало. Из-за того, что они интенсивно делятся, количество производимого ими кислорода растёт. Одно фитопланктонное сообщество производит за день в 100 раз больше чем лес, занимающий такой объём. Но при этом тратят они очень мало кислорода. Потому, что когда водоросли умирают, они сразу проваливаются на дно, где их сразу же едят. После чего тех, кто их съел, едят другие, третьи организмы. И до дна доходят настолько мало останков, что они быстро разлагаются. Вот такого долгого, как в лесу, разложения, в океане просто нет. Там утилизация идёт очень быстро, в результате чего кислород фактически не тратится. И поэтому происходит «большая прибыль», и вот она и остаётся в атмосфере. Так что «лёгкими планеты» стоит считать вовсе не леса, а мировой океан. Именно он заботится о том, что бы нам было чем дышать.
Половину всего кислорода в атмосфере производят водоросли
Фитопланктон и водоросли, находящиеся в Мировом океане, используют энергию Солнца, углекислый газ и воду, чтобы получать питательные вещества. При этом они выделяют кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на нашей планете. И, оказывается, водоросли трудятся намного больше, нежели наземные растения.
Чуть больше половины всего кислорода в атмосфере Земли в процессе вырабатывают водоросли, растущие в океане. Они, кстати, существуют намного дольше, чем наземные растения. Для сравнения возраст самой старой растительной окаменелости — 470 миллионов лет, а самой древней обнаруженной морской цианобактерии, способной выделять кислород, — 3,5 миллиарда лет. В некотором смысле мы обязаны океану всем имеющимся кислородом, ведь наземные растения появились от морских водорослей. К слову, одному из составляющих фитопланктона — цианобактерии Prochlorococcus — мы должны сказать спасибо за выработку 20% кислорода в атмосфере. Учёные открыли эту очень распространённую фотосинтезирующую цианобактерию совсем недавно — только в 1988 году, при том, что она широко распространена в океанах.
Примечательны в плане выработки кислорода и красные водоросли Corallinales. Они способны выделять кислород, обитая на глубине ниже 270 метров, и это при том, что фотическая зона (верхний слой океана, освещаемый солнечным светом) простирается на глубину 200 метров. Эти красные водоросли поглощают синий и зелёный свет, именно такого цвета становятся лучи Солнца в толще воды. Несмотря на это, водоросли Corallinales обеспечивают нашу атмосферу кислородом.
Учёные обнаружили, что планктон производит 50% всего кислорода на планете
Амфипод из рода Фронима — один из обитателей океана
Биологи и океанологи опубликовали результаты самого масштабного и скрупулёзного исследования миниатюрной морской жизни за всю научную историю. Миссия длиною в 3,5 года проходила на судне Тара. За это время исследователи прошли 140 000 километров, и взяли 35 000 проб планктона в 210 различных местах Мирового океана. Одним из интересных результатов исследования была названа роль планктона в снабжении планеты кислородом. Статья опубликована в журнале Science.
За время путешествия им пришлось провести 10 дней, закованными в арктический лёд, преодолеть шторма в Средиземном море и Магеллановом проливе, и пройти Аденский залив под защитой судов французского флота, охранявших их от пиратов. Основной целью исследования было изучение распространения различных видов организмов, их взаимодействия друг с другом и передачи генетической информации. Было найдено и записано порядка 40 миллионов генов планктона, неизвестных ранее.
Маршрут исследовательского судна
Изучая разнообразную мелкую флору и фауну (планктон включает в себя микроскопические растения и животных, икру рыб, бактерий, вирусы и другие микроорганизмы), учёные определили, что это – не только лишь начало пищевой цепочки для более крупных животных.
Tara
«Планктон — это больше, чем просто еда для китов,— говорит Крис Боулер, директор исследовательского отдела во французском государственном центре научных исследований. — Будучи крохотными, эти организмы — важнейшая часть системы поддержания жизни на Земле. Они лежат в основе пищевой цепочки, а кроме того, обеспечивают производство 50% кислорода при помощи фотосинтеза». Кроме этого, планктон поглощает углекислый газ и превращает его в органический углерод.
И чего только в сеть не попадает
По словам исследователей, в каждом глотке морской воды содержится около 200 миллионов вирусов, основной добычей которых являются 20 миллионов бактерий, которые можно найти там же. Ещё учёных очень заинтересовало то, что разнообразие планктона гораздо больше, чем предполагалось ранее, а разнообразие вирусов при этом оказалось меньше ожидаемого.
Разнообразные малютки
Установлено, что взаимодействие разных видов планктона регулируется температурой воды, и при встрече двух течений разной температуры колонии планктона не смешиваются между собой. Также удалось доказать ранее высказанную гипотезу о том, что вирусы появляются в ограниченном числе мест океана, а затем разносятся океанскими течениями.
Отлов планктона / Reuters
Понимание процессов, происходящих в мире планктона поможет, в частности, уточнять предсказательные модели изменения климата.
Зеленые водоросли способны обеспечивать мозг кислородом
Мозг — один из самых энергоемких органов, так как каждую секунду нервные клетки должны обрабатывать огромное количество сигналов. В частности, для их работы требуется большое количество кислорода, потому что большая часть энергии, необходимой для выполнения задач, генерируется аэробным метаболизмом. Животные получают кислород из окружающей среды, обогащая им кровь при помощи легких. Некоторые же организмы, а именно фотосинтезирующие растения, способны сами его производить, используя в качестве источника энергии свет. Благодаря ему они синтезируют органические вещества, при этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Учитывая эту особенность, ученые Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана заинтересовалась возможностью использования фотосинтезирующих микроорганизмов для непосредственного снабжения мозга кислородом. Исследования показали, что кислорода, выделяемого зелеными водорослями, действительно достаточно, чтобы питать мозг.
Зеленые водоросли показали свою способность обеспечить мозг кислородом
Цианобактерии как источник кислорода для мозга
В качестве источника необходимого для жизни газа учеными было решено использовать микроорганизмы — одноклеточные зеленые водоросли и цианобактерии. К слову, последние в свое время, когда Земля замедлила свое вращение, обеспечили кислородом всю нашу атмосферу. Поэтому их способность эффективно вырабатывать кислород хорошо известна.
Большая часть кислорода в атмосфере Земли появилась благодаря этим бактериям
Опыты проводились на головастиках когтистой лягушки Xenopus laevis. В период, когда у головастиков отрастали передние лапы, им в камеры сердца вводили цианобактерии Synechocystis и зеленые водоросли. Отмечу, что ученым важно было ввести источники кислорода именно в сердечную камеру, а не сердечную мышцу, что обеспечивало доставку бактерий и водорослей вместе с кровью непосредственно в мозг. Разумеется, они распространялись по всему организму головастиков, однако основная их часть была сконцентрирована именно здесь.
Для проведения эксперимента, головастиков лишали возможности получать кислород естественным способом. Однако, когда на мозг воздействовали светом, он действительно получал большое количество кислорода. Концентрацию газа измеряли в желудочках мозга, то есть системе полостей, которые заполнены спинномозговой жидкостью. Когда же свет выключали, в среде с низким содержанием кислорода активность нервных клеток головастиков полностью прекращалась. Но, как только свет снова включали, нейроны мозга возобновляли свою работу.
Подписывайтесь на наш Пульс Mail.ru, где мы подготовили для вас еще больше интересных материалов.
Чтобы окончательно исключить возможные неточности исследования, ученые проделали то же самое с обычными головастиками, которым не вводили в мозг зеленые водоросли и цианобактерии. Результат оказался ожидаемым — в бескислородной среде нейроны их мозга прекращали работу, при этом свет никак не менял ситуацию, так как уровень кислорода в их мозгу всегда оставался на низком уровне. Такая же ситуация возникала, если головастикам вводили в мозг водоросли или бактерии-мутанты, которые неспособны к фотосинтезу. Подробности исследования опубликованы в журнале iScience.
При воздействии света мозг головастиков с цианобактериями и зелеными водорослями внутри получал большое количество кислорода
Новое средство питания тканей кислородом?
Конечно, цианобактерии не заменят ИВЛ, так как они обеспечивают лишь местное насыщение кислородом. Но это не делает исследование менее значимыми. По словам авторов, полученные результаты демонстрируют, что одноклеточные фотосинтезирующие микроорганизмы способны служить новым средством контролируемого увеличения поступления кислорода в ткани. Их можно использовать, например, для повышения уровня кислорода в клеточных культурах, в эксплантированных органах или в срезах мозга.
Кроме того, фотосинтезирующие организмы производят не только кислород, но и сахар. Так что вполне возможно, что их метаболические способности могут быть использованы для синтеза питательных веществ. Поскольку интенсивность, продолжительность и спектр света можно контролировать с высокой точностью, этот метод также может предоставить новые подходы к исследованию роли кислорода в метаболических процессах. Напоследок напомню, что ранее я рассказывал о другом, не менее интересном исследовании, в котором ученые рассматривали возможность питания всего организма кислородом через кишечник. Последний, по сути, должен выполнять функцию легких.
Водоросли и кислород
Вопреки распространенному мнению, больше всего кислорода производят не леса, а морские водоросли в океанах: они производят более двух третей кислорода планеты.
Именно водоросли ответственны за первое появление кислорода на планете 1,5 миллиарда лет назад. А также за падение CO2 с 30% до 0,03%.
Планктон или фитопланктон (то, что обычно называется водорослями) выбрасывает на землю большую часть кислорода.
Об этом заявили биологи и океанологи после 3,5 лет исследований миниатюрной морской жизни. Они прошли 140 000 километров, и взяли пробы планктона в 210 различных местах Мирового океана.
Мелкая флора (планктон включает в себя микроскопические растения, а также животных, икру рыб, различные бактерии, вирусы и прочие микроорганизмы) – это не только начало пищевой цепочки, но и важнейшая часть поддержания системы жизни на Земле.
Именно планктон в океанах дает кислород. Вот почему, когда мы смотрим на Землю через спутниковую фотографию, то видим зеленые тропы водорослей, идущие к континентам.
В любом случае, поверхность океана намного больше, чем поверхность Земли, что оставляет больше места для водорослей, которые, подобно деревьям на поверхности, за счет фотосинтеза выделяют кислород. Фотосинтез — это химическая реакция: CO2 + H2O + свет> O2 + глюкоза.
Фитопланктон, который производит больше всего кислорода, поглощает СО2, питается им (глюкозимация), а затем он отторгает кислород за счет лиственной капиллярности.
От разливов нефти образуется масляная пленка, которая препятствует «дыханию» океанов. Хорошо, что мы обнаружили удивительные свойства водного гиацинта, который при высушивании впитывает масла и может быть использован, в частности, для борьбы с разливами нефти.
Кроме того, настоящие «легкие» нашей планеты — это лес из молодых деревьев. Потому что «зрелый» лес, любой старый лес, в том числе и лес Амазонки, потребляет кислорода столько же, сколько и производит.
Таким образом, мы ошибаемся, когда говорим, что леса — это легкие планеты. На самом деле, легкие Земли — это океаны. Тропические леса Амазонки больше не производят кислород, потому что они пребывают в старом возрасте (и не обновляются, нет больше места для обновления). Однако виды, которые там живут, они нуждаются в лесах: это их естественная обитель. И не нужно смотреть на леса только как на источник кислорода. Лес препятствует эрозиям почвы и участвует в регулировании климата. Так что проблема с вырубкой лесов существует.
Невообразимо остаться без леса, это нарушило бы пространственно-временной континуум. Растения, практикующие фотосинтез, действительно захватывают значительно больше углерода, чем отбрасывают его при дыхании. Хотя есть существенные различия от одного вида к другому, но всё ещё выделение углерода фауной и разложение отходов, лес компенсирует или даже превышает его захват.
Однако состав «лесной экосистемы» совершенно различен в зависимости от того, тропический это лес, тайга, континентальный лиственный лес или хвойный лес в Альпах. И в большинстве случаев распределение «углерод, захваченный флорой — углерод, выделяемый фауной» (в значительной степени) выгодно для улавливания. Я упрощаю все возможные и мыслимые факторы, оказывающие давление на всю наблюдаемую экосистему или ее часть: времена года, топография, погода, географическое положение. Поэтому в большинстве случаев леса участвуют в сокращении выбросов углерода.