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:
- Одноклеточные: некоторые дрожжи и простейшие, например, обитатели кишечника членистоногих или рубца жвачных животных.
- Многоклеточные: отдельные кишечные паразиты, такие как ленточные черви (лентецы) и аскариды.
Особенности метаболизма
Поскольку свободный кислород недоступен, анаэробы вынуждены использовать другие окислители. Их метаболизм можно разделить на два основных типа:
- 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).
- 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.
