Анаэробные организмы

Анаэробные организмы, или анаэробы (от греческого an — отрицательная частица, aer — воздух и bios — жизнь), — это организмы, способные жить и развиваться в среде, где отсутствует свободный кислород. Термин «анаэробы» ввёл Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения.

Распространение и разнообразие

Анаэробы широко распространены главным образом среди прокариот (бактерий и архей). Среди эукариот способность к жизни без свободного кислорода (анаэробиозу) вторично приобрели лишь немногие формы:

Особенности метаболизма

Поскольку свободный кислород недоступен, анаэробы вынуждены использовать другие окислители. Их метаболизм можно разделить на два основных типа:

  1. Использование органических веществ. Многие анаэробы (все эукариоты, а также некоторые бактерии) получают энергию в процессе гликолиза и различных типов брожения. Конечными продуктами таких процессов становятся восстановленные органические соединения: спирты, органические кислоты (молочная, масляная, пропионовая).
  2. Использование неорганических окислителей. Другие группы бактерий в качестве конечного акцептора электронов используют неорганические соединения:
    • Нитраты (денитрифицирующие бактерии)
    • Соединения серы, например, сульфаты (сульфатвосстанавливающие бактерии)
    • Углекислый газ (метаногенные археи)
    • Окисное железо (часть денитрификаторов)

Классификация по отношению к кислороду

  • Облигатные (строгие) анаэробы: не способны использовать кислород в обмене веществ и часто гибнут в его присутствии.
  • Факультативные анаэробы (например, многие денитрифицирующие бактерии): могут переключаться с анаэробного метаболизма на рост в среде с кислородом.

Экологическая и практическая роль

Энергетический выход реакций в бескислородной среде значительно ниже, чем в аэробных условиях. Поэтому анаэробы для получения единицы биомассы образуют большое количество восстановленных соединений. Именно они являются основными продуцентами таких веществ в биосфере (метан, сероводород, закисное железо).

Их развитие происходит в зонах, где кислород полностью потреблён аэробами: в донных илах, глубоких слоях почвы, сточных водах, рубце жвачных животных. Последовательность смены анаэробных процессов (например, сначала денитрификация, затем восстановление железа и сульфатов, потом метаногенез) в таких местообитаниях определяется энергетической выгодой соответствующих реакций.

Практическое применение:

  • В технической микробиологии — для производства спирта, органических кислот, сыров, кисломолочных продуктов.
  • В очистке сточных вод и переработке органических отходов.

Медицинское значение: Некоторые анаэробы являются патогенами и вызывают тяжёлые инфекции, такие как столбняк, газовая гангрена, ботулизм.

Интересные факты

  • Термофильные анаэробы, обнаруженные в гидротермальных источниках (в том числе глубоководных «чёрных курильщиках»), возможно, относятся к древнейшим формам жизни на Земле.
  • Помимо истинных анаэробов, существует множество животных (например, некоторые моллюски, черви), способных переживать длительные периоды без кислорода (аноксибиоз), используя особые биохимические адаптации.