Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

«Легкая» жизнь на границе фаз

. Человек живет не в воздухе, не под землей, не

под водой, а на границе раздела трех перечисленных фаз — твердой, жидкой и газообразной. Почему именно на границе фаз или около нее? Вероятно, здесь жить легче: тут большее разнообразие условий и большая на­сыщенность факторами, необходимыми для жизни. Чело­век не одинок в своем выборе. Так же поступает и боль­шинство других организмов, как на суше, так и на море. В самом деле, максимальная концентрация кислорода в воде наблюдается обычно в верхнем ее слое. Здесь же больше всего света, лучше происходит обмен углекисло­той между водой и атмосферой. Разнообразие и обилие организмов в верхнем слое воды хорошо известны. Эта часть населения водной толщи получила даже особое название’—нейстон

В море есть еще и внутренняя граница — граница «вода:— твердое тело». Она существует на поверхности построек, погруженных в воду, на поверхности плаваю­щих судов. Не случайно и постройки, и суда так быстро обрастают в воде. Но гораздо более важна в жизни моря другая твердая поверхность — поверхность взве­шенных в вОде мельчайших частиц, органических, неор­ганических, органоминеральных, объединяемых в мор= ской биологии собирательным понятием «детрит».

Детрит — это «концентрат», содержащий в большом количестве самые разнообразные, в том числе биологи­чески очень важные, химические компоненты: от метал­лов (железа, марганца, молибдена и других) и биоген­ных элементов (азота, фосфора и кремния) до органи­ческих соединений (белков, углеводов и даже витамина В2). Часть из них входит в состав детрита и при его разложении постепенно выделяется в воду, привлекая микроорганизмы; другая часть адсорбирована и скон­центрирована на его поверхности. ■ ■

По этой ли причине или из-за специфических особен­ностей поверхности раздела фаз, о которых рассказано в предыдущей главе, скорее из-за того и другого, на поверхности детрита концентрируются не только хими­ческие вещества, но и мелкие организмы. Полагают, что для бактерий твердая поверхность детрита может слу­жить местом, где от них требуется гораздо меньше энер­гетических затрат, чем на жизнь в растворе. Кроме того, что она играет роль «столовой» и «дома отдыха», для микроорганизмов, размножающихся делением,< как полагают некоторые микробиолоти (например, Ю. Гор­бенко), поверхность детрита может служить и своеоб­разным «родильным домом», облегчая деление материн­ской клетки на дочерние. Биомасса организмов, насе­ляющих детрит, достигает 10% его веса. При внесении свежего детрита в морскую воду на него сразу же пе­реходит из раствора до 90% бактерий, и начинается их интенсивное размножение. Бактерии (Ві) выделяют фер­менты (F), которые ускоряют разложение детрита и адсорбированных на нем белков и полисахаридов (См) до низкомолекулярных органических веществ (Сн), слу­жащих им пищей. На рис. 40 показана эта положитель­ная обратная связь. Следом за бактериями на детрите начинают развиваться одноклеточные водоросли —-фла — гелляты (В2) .

Часть из, них на свету поглощает выделяемый бак­териями углекислый газ, синтезирует органическое ве­щество и выделяет его и кислород, дополнительно «под­кармливая» бактерии — вторая положительная обрат­ная связь. Можно ожидать взрыва биомассы бактерий. Однако на детрите «легкая жизнь» не только для бак­терий, но и для тех, кто питается ими, для «хищников». Бактерии становятся жертвами тех ■ же флагеллятов, ©собенно в темноте, когда флагелляты не могут обеспе­чить себя одним фотосинтезом, а также других, более крупных организмов, например силиатов {В3), которые, кроме того, питаются и флагеллятами.

В результате переходный процесс (от начала засе­ления детрита до стабилизации биомасс) оказывается автоколебательным. Для иллюстрации на рис. 41 при­ведены экспериментальные данные[34] по динамике. био­масс бактерий и флагеллятов на детрите.

&#171;Легкая&#187; жизнь на границе фаз

Рис. 40. Микросистема, на детрите.

См — органические макромолекулы; Сн — низкомолекулярные орга­нические вещества; F—ферменты, В — бактерии; Вг-—флагелляты; B3f. Ві — силиаты.

. Математические модели таких систем строятся на основе уравнений Вольтерра—Лотка и для звена бакте­рии — флагелляты, если не учитывать все остальные связи в системе, изображенной на рис. 40, можно запи­сать такой «блок»:

-^-.= АіСнЯ, — W

dB2

k2B2B1 — ksB2Bz.

dt

Эти уравнения показывают, что должны происходить, колебания. биомасс «хищников» и «жертв» около сред­них значений. Кто же из организмов выигрывает на по­верхности частиц детрита-— силиаты? Выигрывает био­стат. Детрит с населяющи­ми его многочисленными ор­ганизмами оказывается ла­комым кусочком для более крупных «хищников» — ам­фипод. Они заглатывают детрит с микроорганизма­ми, а затем выбрасывают его, — не переваривая, в виде экскрементов, но уже без на­селения. При этом амфипо­ды «заботятся» о своем бу­дущем: они размалывают

&#171;Легкая&#187; жизнь на границе фаз

&#171;Легкая&#187; жизнь на границе фаз

Рис. 41. Динамика популяций сообщества на детрите (Fen — • chel, 1970 г.).

j§N—число организмов в расче­те на 1 мкг детрита; В — бакте­рии; Вг — флагелляты; В3 + ВА —

детрит, увеличивая этим его активную поверхность в 2—3 раза, и’ тем самым обеспе­чивая еще более быстрый рост нового населения дет­рита, пришедшего на смену съеденному.

силиаты.

&#171;Легкая&#187; жизнь на границе фаз

Таким образом, й в этом случае популяция, амфипод не забывает «включить» положительную обратную связь — залог собственного благополучного развития:

На амфипод тоже находятся хищники. Колесо био­логической циркуляции не останавливается. Зао*дно че­рез звено детрит — организмы в океане проходит пере­работку гигантская масса разнообразнейших химиче­ских веществ.

Выступая как один из основных регулирующих ме­ханизмов в биостате, механизм «хищник—жертва» обес­печивает и совершенно упорядоченную трансформацию химических веществ, работая, таким образом, и на хе­мостат. ‘ .

Для полноты картины добавим, что детрит в океане оседает и частично успевает дойти до дна, выходя таким образом «из игры». Скорость его оседания регулируется плотностью (р) и- температурой (Т) воды, а также вер­тикальным переносом (К) воды в’- океане (см. гл. IV, рис. 49).

Это звено как часть более сложной системы будет рассмотрено в последней главе.

Оставить комментарий