В реках, озерах и других водоемах содержится много микроорганизмов, но значительно меньше, чем в почве. Разные водные экосистемы весьма специфичны и имеют различные микробные сообщества. Например, условия существования микроорганизмов в озерах существенно отличаются от таковых в морях и океанах. Экология микроорганизмов озер изучена в настоящее время наиболее детально.
Главным фактором, влияющим на развитие микроорганизмов в воде, так же как и в других субстратах, служит количество питательных веществ. Наиболее чистыми являются свободные от органических веществ родниковые и артезианские воды, в 1мл которых содержится до 10 клеток микроорганизмов.
Рассмотрим группы водных микроорганизмов на примере озера. В озерах может создаваться более или менее устойчивая слоистость (стратификация) в зависимости от времени года и типа озера. Весной и летом, когда озера прогреваются, верхний слой воды становится более теплым и не смешивается с более плотным нижним слоем. Верхний слой воды называют эпилимнионом, а нижний – гиполимнионом. В промежуточном слое – металимнионе – создается градиент температуры – термоклин и химических соединений – хемоклин.
Количество микроорганизмов в озерах колеблется от сотен тысяч до десятков миллионов в 1 мл воды.
Распределение бактерий в толще воды зависит от гидрологического режима водоема и времени года. В водной массе преобладают планктонные формы организмов, к которым относятся бактерии, составляющие бактериопланктон, а также фитопланктон и зоопланктон. Из микроорганизмов к фитопланктону относятся микроскопические водоросли, а к зоопланктону – простейшие. Четко выраженной экологической зоной в эпилимнионе является поверхностная пленка воды. Совокупность организмов, обитающих в поверхностной пленке воды, называют нейстоном. Здесь в большом количестве обитают бактерии. Численность бактерий нейстона значительно выше, чем в нижележащем слое эпилимниона. К нейстонным бактериям относятся, например, Caulobacter и Hyphomicrobium.
Эпилимнион соприкасается с атмосферой и поэтому здесь, как правило, создаются аэробные условия. В эпилимнионе происходит активное накопление органических веществ, в результате осуществляемого водорослями и цианобактериями оксигенного типа фотосинтеза. Часть клеток фототрофных микроорганизмов поедается простейшими и микроскопическими животными зоопланктона, а часть отмирает. Это обеспечивает питание аэробных гетеротрофных бактерий. Наряду с органическими соединениями, образуемыми в процессе фотосинтеза, гетеротрофные микроорганизмы используют в качестве источника питательных веществ мертвые остатки растений и животных, гумус и другие субстраты, которые попадают в водоемы с прилегающей суши.
В иле, откладывающемся на дне водоемов, условия для развития микроорганизмов являются столь же благоприятными, как и в почве. В 1 г верхних слоев донного ила рек или озер содержится до сотен миллионов или даже до нескольких миллиардов микробных клеток. Потребление кислорода микроорганизмами может способствовать созданию у дна водоема, а затем и в гиполимнионе анаэробных условий, что в свою очередь приводит к развитию анаэробных процессов. В результате процессов брожения образуются такие газообразные продукты, как молекулярный водород, метан, сероводород и углекислый газ. Продукты анаэробного разложения поднимаются в водную толщу и окисляются аэробными микроорганизмами. Особую роль играют здесь метанокисляющие бактерии, которые потребляют образованный в иле метан и способствуют созданию в водной массе анаэробных условий.
Интенсивность и направленность микробиологических процессов в водоемах определяется не только количеством органических веществ, но и содержанием в воде молекулярного кислорода. Поверхностная масса воды, содержащая много растворенного кислорода, образует аэробную зону, в которой интенсивно размножаются микроскопические водоросли, цианобактерии а также многочисленные аэробные микроорганизмы из родов Caulobacter, Hyphimicrobium и некоторых других. Важнейшим микробиологическим процессом, происходящим в аэробной зоне, является минерализация органических веществ, в которой участвуют бактерии из родов Pseudomonas и Arthrobacter и многие другие аэробы. Глубина аэробной зоны находится в обратной зависимости от содержания в воде органических веществ. Если органических веществ мало, то аэробы растут медленно и кислород может проникать на большую глубину. Обилие органических соединений приводит к интенсивному нарастанию биомассы бактерий, потребляющих кислород быстрее, чем он может диффундировать вглубь. В результате в толще воды создаются анаэробные условия.
Между аэробной и анаэробной зонами различают промежуточную микроаэрофильную зону. В воду этой зоны проникает небольшое количество О2, а снизу - восстановленные продукты (водород, метан, сероводород, аммиак, двухвалентное железо и марганец). В связи с этим в микроаэробной зоне развиваются водородокисляющие, метанокисляющие, тионовые бактерии и железобактерии.
Анаэробная зона является местом обитания факультативных и облигатных анаэробов. Если в воде в большом количестве содержатся сульфаты, что характерно для некоторых морей и озер, то они восстанавливаются сульфатредуцирующими бактериями до сероводорода, который ядовит для большинства организмов. В водах, где мало сульфатов, сероводород образуется в основном из органических веществ в процессе аммонификации. Анаэробные условия делают невозможным процесс нитрификации, всвязи с чем в этой зоне накапливается продукт дезаминирования аминокислот – аммиак. В результате деятельности метанобразующих бактерий из анаэробной зоны выделяется большое количество метана.
Разложение органических веществ в водоемах происходит быстро только в аэробной зоне. В анаэробной зоне накапливаются продукты брожений (органические кислоты, спирты), водород, аммиак и другие вещества, ингибирующие дальнейшее разложение органических остатков, которые оседают на дно водоемов. Кроме того, нижний слой воды более холодный, что также не благоприятствует разложению органических остатков.
Многие водные микроорганизмы, обнаруживаемые с помощью микроскопических методов, с трудом поддаются лабораторному культивированию. Поэтому следует иметь в виду, что численность бактерий в воде, определяемая культуральными методами, оказывается в сотни или даже тысячи раз ниже, чем их число, которое можно выявить микроскопически.
Вода может являться фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний (например, брюшного тифа, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и других). Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (например, холерный вибрион, легионеллы).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему