какая водоросль выделяет большое количество кислорода
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.
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.
О водорослях, кислороде и современной биологии
Участники майской смены «Сириуса» встретились с кандидатом биологических наук Галиной Алексеевной Беляковой
Галина Алексеевна Белякова, кандидат биологических наук, доцент кафедры микологии и альгологии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, заместитель декана Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова по дополнительному образованию, провела в «Сириусе» лекции, посвященные современной многоцарственной системе органического мира, а также разнообразию и важной роли в жизни планеты таких организмов, как водоросли.
О новом взгляде на фундаментальную науку, «кислородных мини-фабриках» и межпредметности в биологии Галина Алексеевна рассказала в интервью.
— Галина Алексеевна, одна из Ваших лекций в «Сириусе» посвящена водорослям. Почему они так важны для нашей планеты?
— На сегодняшний день, водоросли – это группа, которой в школьном учебнике посвящается буквально пару параграфов. Ребята даже не представляют, как эти организмы обеспечивают жизнь нашей планеты. Если завтра случится крупная катастрофа в океане и погибнут одноклеточные водоросли – а они дают каждый второй глоток кислорода на Земле – для человечества это может оказаться фатальным. Все думают, что лёгкие Земли – тайга и леса Амазонии. Но большую часть кислорода вырабатывают мельчайшие «кислородные фабрики» – водоросли. Другой вид водорослей, цианобактерии, способны фиксировать азот и давать его в тех формах, которые могут использовать другие организмы. Азот – один из основных компонентов, входящих в состав белков, без него нет жизни.
— Что может угрожать водорослям?
— Водоросли, в основном, живут в водоемах, и органическое загрязнение может повлечь за собой пагубные последствия. Некоторые водоросли выживут в любом случае, они легко приспосабливаются. Но загрязнение приводит к тому, что многие из этих организмов переходят на новый тип питания, как у животных, – в итоге они не производят кислород, а только потребляют. Угроза исходит и от самих водорослей: среди них есть те, которые продуцируют токсичные вещества – очень сильные яды. Все слышали об отравлении моллюсками, но причина отравлений не в самих моллюсках, а в токсинах, ведь моллюски – фильтраторы и они накапливают в себе вредные вещества, которые синтезируют водоросли.
— Получается, водоросли приносят как пользу, так и вред?
— Безусловно. Среди этих организмов встречаются паразиты, которые приводят к заболеваниям человека и животных. Например, в Новой Зеландии и некоторых европейских странах большая проблема – мастит у коров, спровоцированный водорослью под названием прототека. Попадая в организм человека, эта водоросль вызывает ряд системных заболеваний – зарегистрированы даже случаи менингита. Также в процессе жизнедеятельности водорослей выделяется много химических соединений, которые повреждают озоновый слой. И если к этому природному воздействию добавить «вклад» человека, мы можем сместить равновесие. Водоросли приносят и пользу, и вред, но самое главное – не нарушить природный баланс.
— Как люди научились использовать водоросли в своих целях?
— Сейчас многие косметические фирмы используют антиоксиданты, которые выделяют водоросли. Тот же провитамин А зачастую производят отнюдь не из моркови, а из грибов и из водорослей. Кроме того, водоросли могут связывать свободные радикалы и, например, защищать от ультрафиолета.
— Почему в современной биологии нужны межпредные знания?
— На сегодняшний день многие неправильно понимают биологию. Современная биология – это комплекс предметных наук плюс аппарат из межпредметных знаний по математике, химии и даже физики. Сейчас развиваются такие направления, как биофизика, биохимия, биоинженерия и так далее.
— Сложно ли было адаптировать лекции по современной биологии для школьников?
— Биология – это наука, которая сейчас очень быстро развивается. Даже в фундаментальной биологии многое за последние годы переосмыслено. Но школьная программа мало отражает современную науку, поэтому лекции пришлось адаптировать. Приятно удивили вопросы участников образовательной смены, которые выходили за рамки школьной программы. Я впервые в «Сириусе» и очень рада, что в нашей стране так много мотивированных детей и появился такой образовательный центр. Независимо от выбранного направления, мотивированные дети восприимчивы к любому новому знанию. Здесь ребята получают не только образование, но и опыт взаимодействия в социуме, становятся лидерами, что очень важно для школьников, которые проявляют неординарные способности.
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.
Правда ли, что зимой меньше кислорода так как нет зеленых растений?
Еще со школьной скамьи наверняка каждый знает о том, что кислород поступает в атмосферу благодаря непрекращающейся работе растений. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который в данной реакции является побочным продуктом, а также органические вещества. Учеными подсчитано, что зеленые растения выделяют около 6 тонн кислорода на каждую тонну, которая требуется для их дыхания.
Что же это получается, если в зимнее время в наших широтах почти нет зеленых растений, то и кислорода будет меньше?
На самом деле, хотя и леса и растения очень важны для планеты, но стоит знать, что кислород, выделенный наземными растениями, составляет лишь 20% от общего его количества. Поступление остальных 80% кислорода обеспечивается морскими и океаническими водорослями, которые имеют общее название – фитопланктон. По этой причине океан неофициально называют «легкими» нашей планеты.
Реакция фотосинтеза протекает преимущественно в сине-зеленых водорослях. В упрощенной схеме данной реакции это выглядит следующим образом. Углекислый газ сочетается с водой и в результате получается два вещества – глюкоза и кислород. Последний, к слову, фитопланктон расценивает как ненужный, поэтому излишки кислорода выделяются в воду, а потом в атмосферу. Водорослям при этом требуется энергия для осуществления реакции. Они получают ее из солнечного света, который попадает в воду.
Так что происходит с кислородом в разные времена года?
Воздух состоит из большого количества разных газов. При этом кислород занимает около 21% по объему, а 78% приходится на азот. Остальные компоненты по мере снижения объема – аргон, углекислый газ, неон и др. Если взять отдельные небольшие территории, то можно заметить, что где-то дышать труднее, где-то легче.
Например, в пределах большого города выше уровень углекислого газа из-за производств, множества транспортных средств и т.д. В лесу, наоборот, высокая интенсивность кислорода, а CO₂ меньше. Однако в целом объем кислорода в атмосфере всегда остается стабильным в пределах 21%, поскольку происходит постоянное и равномерное смешивание всех газов.
В зимний период кислорода в воздухе действительно становится меньше на 0,01%. Однако процент его снижения настолько мал, что для людей и прочих живых организмов эти изменения остаются незамеченными, а потому и вполне безопасными. Зимой лиственные растения, конечно, прекращают принимать участие в процессе вырабатывания кислорода, но все еще остаются хвойные, а также фитопланктон, которым минусовые температуры не страшны.
Каким же образом ученые измеряют уровень кислорода. Активно заниматься этими исследованиями начали в 90-х годах. Для этого используют метеостанции, установленные в разных уголках планеты для чистоты эксперимента. На метеостанциях регулярно проводят забор воздуха, а затем полученные образцы сравнивают с контрольными. Отслеживают изменения не только кислорода, но и азота.
Данные эксперименты дают четкие результаты. Установлено, что в Северном полушарии Земли колебания кислорода более заметны, чем в Южном. Зимой объем кислорода здесь снижается на 24 части на миллион, а поскольку общее его количество составляет около 210000 на миллион, то колебания действительно несущественны.