какие животные выделяют аммиак
Дидактический материал Продукты выделения животных
Наземные животные ограничены в воде: чтобы избежать накопления аммиака в тканях и жидкостях тела, они должны преобразовать его в конечные продукты, нетоксичные для организма. Наземные ресничные черви, земноводные, млекопитающие выделяют мочевину.
Водно-солевой обмен рыб
Почки рыб выводят аммиак, соли, воду; почки наземных позвоночных — мочевину, мочевую кислоту, соли, воду. Выделительная система рыб служит для выведения из организма продуктов обмена и обеспечения его водно-солевого состава. Она включает:
Основную массу туловищной почки заполняют нефроны. Нефрон состоит из:
1) мальпигиева тельца (клубочек капиллярных сосудов, заключенный в боуменову капсулу);
2) выделительного канальца.
Выделение продуктов распада тесно связано с водно-солевым обменом рыб. У морских и пресноводных рыб эти процессы протекают различно.
Морские хрящевые рыбы живут в изотоничной среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей равно давлению окружающей среды). У них изотоничность внутренней и внешней среды обеспечивается за счет удержания в крови и тканевых жидкостях мочевины и солей (концентрация мочевины в крови у них достигает 2,6%). Через почки наружу у них выводятся лишь излишки мочевины, солей и воды, количество выделяемой мочи невелико (2-50 мл на 1 кг массы тела в сутки). У морских хрящевых рыб для выведения избытка солей сформировалась особая ректальная железа, открывающаяся в прямую кишку.
Все пресноводные рыбы живут в гипотонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей выше, чем в окружающей среде), поэтому вода постоянно проникает в организм через кожу, жабры, с пищей. Чтобы избежать обводнения пресноводные рыбы имеют хорошо развитый фильтрационный аппарат почек, что позволяет им выделять большое количество мочи (50-300 л на 1 кг массы тела в сутки). Потеря солей с мочой компенсируется активной их реабсорбцией в почечных канальцах и поглощением солей жабрами из воды, часть солей поступает с пищей.
Морские костистые рыбы живут в гипертонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей ниже, чем в окружающей среде), поэтому вода выходит из организма через кожу, жабры, с мочой и фекалиями. Во избежание иссушения они пьют соленую воду (от 40 до 200 мл на 1 кг массы в сутки), которая из кишечника всасывается в кровь. У морских костистых рыб уменьшается число клубочков в почках, а у некоторых рыб исчезают совсем (морская игла, морской черт). Таким образом, почки выводят небольшое количество мочи (0,5—20 мл на 1 кг массы тела в сутки).
Адаптации наземных животных к выделению веществ
According to New World Encyclopedia, reptiles use two small kidneys as tools for excretion. The kidneys serve to filter the nitrogen from the animal’s bloodstream, then turn it into waste. The nitrogen then exits the body in dry form as uric acid crystals along with the feces. According to Stanford University, the kidneys in a bird also function as a means to remove nitrogen from the blood. The white substance found in bird droppings is actually uric acid, which is not water soluble. In both reptiles and birds, eliminating the nitrogen requires that the body exerts a great deal of energy. Both species are able to efficiently remove the nitrogen while losing very little water in the waste product.
Coping with water loss is a particular problem for animals that live in dry conditions. Some, like the camel, have developed great tolerance for dehydration. For example, under some conditions, camels can withstand the loss of one third of their body mass as water. They can also survive wide daily changes in temperature. This means they do not have to use large quantities of water in sweat to cool the body by evaporation.Smaller animals are more able than large ones to avoid extremes of temperature or dry conditions by resting in sheltered more humid situations during the day and being active only at night.The kangaroo rat is able to survive without access to any drinking water at all because it does not sweat and produces extremely concentrated urine. Water from its food and from chemical processes is sufficient to supply all its requirements.
Какой из нефронов принадлежит верблюду, а какой – рептилии? Почему вы сделали такой выбор?
Marine fish like the sharks and dogfish have body fluids that have the same concentration of dissolved substances as the water ( isotonic ) have little problem with water balance. However, marine bony fish like red cod, snapper and sole, have body fluids with a lower concentration of dissolved substances than seawater (they are hypotonic to seawater). This means that water tends to flow out of their bodies by osmosis. To make up this fluid loss they drink seawater and get rid of the excess salt by excreting it from the gills.
Marine birds that eat marine fish take in large quantities of salt and some only have access to seawater for drinking. Bird’s kidneys are unable to produce very concentrated urine, so they have developed a salt gland. This excretes a concentrated salt solution into the nose to get rid of the excess salt.
2. Using the words/phrases in the list below fill in the blanks in the following statements.
| cortex | amino acids | renal | glucose | water reabsorption | large proteins |
| bowman’s capsule | diabetes mellitus | secreted | antidiuretic hormone (ADH) | blood cells |
| glomerulus | concentration of the urine | medulla | nephron |
b) When cut across the kidney is seen to consist of two regions, the outer. and the inner.
c) Another word for the kidney tubule is the.
d) Filtration of the blood occurs in the.
e) The filtered fluid (filtrate) enters the.
f) The filtrate entering the e) above is similar to blood but does not contain. or.
g) As the fluid passes along the first coiled part of the kidney tubule. and. are removed.
h) The main function of the loop of Henle is.
i) Hydrogen and potassium ions are. into the second coiled part of the tubule.
j) The main function of the collecting tube is.
k) The hormone. is responsible for controlling water reabsorption in the collecting tube.
l) When the pancreas secretes inadequate amounts of the hormone insulin the condition known as. results. This is most easily diagnosed by testing for. in the urine.
Аммиак и сельскохозяйственные животные
Аммиак (NH2) — бесцветный газ с едким запахом, сильно раздражающий слизистые оболочки.
Аммиак находится в воздухе чаше в виде углекислых, азотисто- и азотнокислых солей; при наличии белковой пыли встречается также альбуминоидный аммиак. В атмосферу аммиак поступает из почвы, где он образуется при гниении азотсодержащих органических веществ, из навозохранилищ, промышленных предприятий (коксообрабатываюшая промышленность, производство синтетического аммиака и другие производства).
В атмосферном воздухе находится в количествах, измеряемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма на 1 м 3 воздуха, редко наблюдаются большие концентрации (0,002—2,5 мг на 1 м 3 ). Гигиеническое значение аммиака в воздухе свободной атмосферы ничтожно.
В помещениях для животных, где пол содержат в чистоте, своевременно вывозят навоз, а канализация и вентиляция хорошо устроены и бесперебойно работают, содержание аммиака в воздухе сводится к нулю. При недостаточности же санитарно-гигиенических мероприятий, как показывают исследования, в воздухе помещений для животных аммиак может содержаться в весьма высоких концентрациях, достигающих иногда 0,03% и выше, что значительно превышает максимально допустимую концентрацию (0,026%). Например, по данным А. М. Вильнера, содержание аммиака в стойловый период колебалось: в коровниках от 0,002 до 0,0.1%, в телятниках от 0,002 до 0,022 и в свинарниках от 0,004 до 0,035%. По нашим данным, в закрытой конюшие для рабочих лошадей содержание аммиака в ночное время достигало 0,04%, а во многих свинарниках концентрация аммиака колебалась от 0,0001 до 0,05%.
Источником аммиака в воздухе помещений для животных служит разложение различных веществ, содержащих азот (мочи, кала). Особенно много аммиака бывает в конюшнях, а также в свинарниках и телятниках при наличии проницаемости пола, при отсутствии или плохой работе канализации и вентиляции. Повышенные концентрации аммиака часто наблюдаются в птичниках при напольном содержании птиц и сборе помета в пометные короба. При повышенной влажности и пониженной температуре аммиак растворяется в конденсате, адсорбируется стенами, предметами оборудования, а. также подстилкой, а при высокой температуре и пониженном атмосферном давлении происходит обратное выделение аммиака в воздух.
Аммиак — ядовитый газ. Продолжительное вдыхание воздуха, содержащего незначительные концентрации аммиака (0,1 мг/л), отрицательно влияет на здоровье и продуктивность животных. После непродолжительного вдыхания воздуха с наличием аммиака организм освобождается от него, превращая его в мочевину. Продолжительное же вдыхание нетоксических доз аммиака, если и не вызывает непосредственно патологических процессов, то ослабляет сопротивляемость организма к действию вредных факторов, подготовляя почву для различных заболеваний, в особенности легочных и туберкулеза.
Аммиак отличается высокой растворимостью в воде, вследствие чего в первую очередь адсорбируется слизистыми оболочками носоглотки, верхних дыхательных путей и конъюнктивой глаз, вызывая сильное раздражение их. Появляется кашель, чихание, слезотечение с последующим воспалением слизистых оболочек носа, гортани, трахеи, бронхов и конъюнктивы глаз.
При поступлении аммиака через легкие в кровь (альвеолярный эпителий способен пропускать аммиак) он превращает гемоглобин эритроцитов в щелочной гематин, вследствие чего снижается количество гемоглобина и число эритроцитов, наблюдаются явления анемии.
Качество воздуха коровников, телятников, конюшен, свинарников, кошар и птичников может оказывать влияние не только на животных, но и на работающих там людей (доярок, свинарок, чабанов, конюхов и т. д.), которые находятся в помещениях для животных ежедневно в течение многих часов, выполняя производственные процессы по уходу, кормлению и эксплуатации животных. Поэтому аммиак следует считать прямым показателем качества воздуха, что необходимо учитывать при санитарно-гигиенической оценке микроклимата.
Максимальная концентрация аммиака в воздухе помещений для животных допускается не выше 0,026 (1 объемных, или 0,02 мг/л, то есть такая концентрация, которая установлена для людей.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Разные вопросы по зоологии»
1. Известно, что медоносная пчела принадлежит к общественным насекомым. Как распределяются обязанности между особями пчелиной семьи?
Рабочие пчелы (бесплодные самки) чистят гнездо, кормят личинок, строят соты, собирают нектар.
Трутни (самцы) оплодотворяют матку.
Матка (плодная самка) откладывает яйца.
2. Виды, адаптируясь к среде в процессе эволюции, могут использовать одну из двух возможных стратегий приспособления: при r-стратегии организмы стремятся к максимально возможной скорости роста численности, а при К-стратегии, наоборот, размножаются медленно. Классическими К-стратегами являются слоны. За счёт каких особенностей размножения и поведения им удаётся поддерживать постоянную численность и избегать вымирания? Ответ аргументируйте.
1) Малое количество детенышей в помете (обычно один детеныш);
2) Небольшое количество потомков снижает между ними конкуренцию за ресурсы;
3) Длительная беременность;
4) При длительном вынашивании детеныши рождаются хорошо сформированными (адаптированными к условиям среды);
5) Забота о потомстве;
6) Защита детенышей родителями и забота о них обеспечивают высокую выживаемость потомства.
3. Малярия – заболевание человека, в результате которого развивается малокровие. Кем оно вызывается? Объясните причину малокровия.
Малярия вызывается малярийным плазмодием. Переносчик плазмодия – комар. Заражённый комар кусает человека, возбудитель малярии проникает в кровь человека и начинает активно размножаться в эритроцитах, разрушая их. Снижение содержания эритроцитов в крови и есть одна из причин малокровия.
4. В результате длительного применения ядохимикатов на полях могут наблюдаться вспышки роста численности вредителей. Объясните, почему могут происходить такие вспышки роста численности. Приведите не менее четырёх причин.
1) Длительное применение ядохимикатов приводит к уменьшению паразитов вредителей, поскольку численность вредителей уменьшается.
2) Длительное применение ядохимикатов приводит к тому, что погибают хищники, питающиеся вредителями, поскольку в конце пищевой цепи накапливается высокая концентрация ядохимикатов.
3) Вредители в результате эволюции приобретают устойчивость к ядохимикатам (перестают от них умирать).
4) Вредители, приобретшие устойчивость к ядохимикату, находятся в очень хороших условиях (обилие пищи, отсутствие паразитов, хищников и конкурентов), поэтому происходит резкий рост их численности.
5. Назовите класс, к которому относят изображённое на фотографиях животное, и признаки внешнего строения, по которым это можно определить. Какие приспособления во внешнем строении сформировались у него в связи с обитанием в водной среде? В результате какого эволюционного процесса эти органы сформировались?
1) класс Млекопитающие, признаки: дифференциация зубов (выступающие верхние клыки), усы (вибриссы);
2) приспособления: обтекаемая форма тела; конечности, превращенные в ласты;
3) органы сформировались в результате дивергенции признаков (идиоадаптации)
6. Объясните, почему животные, ведущие сидячий или малоподвижный образ жизни, обитают в основном в водной среде. Приведите не менее двух примеров таких животных.
1) они получают пищу с током воды путем фильтрации;
2) они имеют в постоянном доступе воду, необходимую для обеспечения обмена веществ в организме (для обеспечения физиологических процессов);
3) водная среда способствует оплодотворению (переносу гамет) и расселению организмов;
4) примеры животных: кишечнополостные (полипы), двустворчатые моллюски (мидии, беззубки, устрицы), хордовые (асцидии)
7. У трески, щуки и многих других рыб количество выметываемых икринок исчисляется миллионами. Вместе с тем имеются рыбы, которые мечут несколько сотен или десятков икринок. Объясните, почему существуют в природе те и другие рыбы.
1) самки рыб, как правило, выметывают большое количество икры в воду, и она там оплодотворяется, оплодотворение внешнее;
2) приспособленность к выживанию при внешнем оплодотворении – большое количество икры;
3) у рыб с небольшой плодовитостью хорошо развита забота о потомстве, в противном случае они не смогли бы существовать
8. Одна самка обыкновенной щуки откладывает 10 миллионов икринок. Объясните, почему численность этого вида не возрастает в водоемах беспредельно.
1) при наружном оплодотворении в воде не все икринки бывают оплодотворены;
2) абиотические и биотические факторы вызывают массовую гибель икринок и мальков.
9. Грызуны – самый крупный по числу видов и широте распространения отряд млекопитающих. Что способствует процветанию грызунов в природе? Приведите не менее трех причин.
1) обилие растительной пищи, которой они питаются
2) высокая плодовитость и быстрая смена поколений
3) приспособленность к различному образу жизни: наземному, древесному, полуводному
10. Почему малярия распространена в заболоченных районах? Кто является возбудителем этого заболевания?
1) возбудителей малярии переносят малярийные комары, развитие которых от яйца до взрослого насекомого происходит в воде;
2) возбудителем малярии является простейшее – малярийный плазмодий.
11. Рассмотрите предложенную схему. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.
12. Зачем человек разводит в специальных лабораториях небольших насекомых из отряда перепончатокрылых – яйцеедов и наездников?
1) Эти хищные насекомые откладывают свои яйца в яйца и личинки насекомых-вредителей.
2) Этим они сокращают численность насекомых-вредителей сельского хозяйства.
13. Какое значение имеют пчелы в природе и жизни человека?
14. Какие приспособления во внешнем строении, сформированные в процессе эволюции, обеспечивают водный образ жизни у гусеобразных птиц? Приведите не менее пяти особенностей и объясните значение каждой из них.
1) широкий клюв обеспечивает вылавливание из воды пищи;
2) плавательные перепонки на ногах обеспечивают быстрое плавание;
3) короткие ноги способствуют быстрому движению в воде;
4) водоотталкивающее свойство оперения за счет секрета копчиковой железы препятствует намоканию тела;
5) длинная шея обеспечивает вылавливание из воды пищи;
6) тело имеет форму плоскодонной лодки (центр тяжести смещён к заднему отделу тела) для увеличения плавучести
15. Известно, что мамонты имели уши небольшого размера. Современные слоны имеют уши гораздо крупнее. Как с физиологической точки зрения объяснить подобные различия в строении ушных раковин у названных видов хоботных? Ответ поясните.
1) большой размер ушных раковин увеличивает теплоотдачу;
2) мамонты жили в холодном климате;
3) большая теплоотдача была для мамонтов опасна;
4) слоны живут в жарком климате;
5) перегрев для слонов опасен
16. Животные неспособны синтезировать ферменты, расщепляющие целлюлозу (клетчатку). Как происходит переваривание растительной пищи у травоядных млекопитающих? Как это отразилось на строении их пищеварительной системы? Ответ поясните.
1) переваривание целлюлозы (клетчатки) обеспечивают симбиотические организмы (бактерии, простейшие);
2) эти организмы обитают в пищеварительном тракте;
3) желудок у этих животных имеет несколько камер (сложное строение);
4) кишечник у них длинный;
5) процесс пищеварения в желудочно-кишечном тракте более продолжительный;
6) слепая кишка хорошо развита (длинная);
7) слепая кишка является резервуаром для размножения симбиотических бактерий
17. Виды, адаптируясь к среде в процессе эволюции, могут использовать одну из двух возможных стратегий для поддержания численности вида: при r-стратегии организмы имеют высокую скорость размножения, а при К-стратегии, наоборот, размножаются медленно. Классическими r-стратегами являются кролики. За счет каких особенностей размножения они достигают большого прироста численности за короткий промежуток времени? В каких условиях среды (стабильных или переменчивых) такая стратегия наиболее выгодна? Объясните почему.
1) большое число детенышей в помёте (высокая плодовитость);
2) несколько помётов за один сезон (частое размножение);
3) ранняя половозрелость;
4) в нестабильных (переменчивых) условиях среды;
5) благодаря большой численности (быстрой смене поколений) часть особей сможет подстроиться под новые условия среды
18. У животных к конечным продуктам обмена веществ наряду с углекислым газом и водой относится ядовитый аммиак или гораздо менее токсичная мочевина, в которую превращается аммиак. Конечными продуктами обмена каких веществ являются аммиак и мочевина? Почему для личинок амфибий (головастиков) характерно выделение аммиака, тогда как у взрослых жаб и лягушек выводится мочевина?
1) аммиак и мочевина – продукты обмена белков (аминокислот);
2) аммиак и мочевина – продукты обмена нуклеиновых кислот (азотистых оснований);
3) головастики живут в воде, взрослые амфибии значительную часть времени проводят на суше;
4) постоянное поглощение легко доступной воды позволяет головастикам активно выводить ядовитый аммиак;
5) взрослые амфибии из-за длительного пребывания на суше поглощают меньше воды, поэтому образуют менее токсичную мочевину
19. Назовите организм, вызывающий заболевание малярией у человека. Как происходит заражение человека? Объясните, почему использование непродуманных оросительных систем может привести к росту заболеваемости малярией.
1) заболевание вызывает малярийный плазмодий;
2) переносчиками плазмодия являются малярийные комары;
3) при укусе человека комаром плазмодий попадает в кровоток человека;
4) личинки комара развиваются в воде;
5) непродуманные оросительные системы могут привести к заболачиванию и, следовательно, к росту популяции комаров
20. Все представленные на рисунках 1–4 объекты относятся к одной стадии жизненных циклов животных. Как называют эту стадию?
Научная электронная библиотека
Колосов А. Е., Жданова О. Б., Мартусевич А. К., Ашихмин С. П.,
1.2. Азотистый обмен в биосистемах
Фиксация азота и азотный цикл
Термин «фиксация азота» означает процесс связывания атмосферного азота N2. В природе это может происходить двумя путями: либо бобовые растения, например горох, клевер и соя, накапливают на своих корнях клубеньки, в которых бактерии, фиксирующие азот, превращают его в нитраты, либо происходит окисление атмосферного азота кислородом в условиях разряда молнии. С. Аррениус установил, что таким способом фиксируется до 400 млн. тонн азота ежегодно. В атмосфере оксиды азота соединяются с дождевой водой, образуя азотную и азотистую кислоты. Кроме того, установлено, что с дождем и снегом на каждый гектар земли попадает около 6700 г азота. Достигая почвы, они превращаются в нитриты и нитраты. Растения используют нитраты для образования растительных белковых веществ. Животные, питаясь этими растениями, усваивают белковые вещества растений и превращают их в животные белки. После смерти животных и растений происходит их разложение, азотные соединения превращаются в аммиак. Аммиак используется двумя путями: бактерии, не образующие нитратов, разрушают его до элементов, выделяя азот и водород, а другие бактерии образуют из него нитриты, которые другими бактериями окисляются до нитратов. Таким образом, происходит круговорот азота в природе, или азотный цикл.
Азотистый обмен почвы – это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества (газа – N2), но и в виде ионов: нитритов (
), нитратов (
) и аммония (
). Концентрации этих ионов отражают состояние почвенных сообществ, поскольку на эти показатели влияет состояние биоты (растений, микрофлоры), состояние атмосферы, вымывание из почвы различных веществ (рис. 1.1).
Очень большую роль в круговороте азота играют почвенные микроорганизмы. Они способны снижать концентрации азотсодержащих веществ, губительные для других живых организмов. Они могут переводить токсичный для живых существ аммиак в менее токсичные нитраты и в биологически инертный атмосферный азот. Таким образом, микрофлора почвы способствует поддержанию стабильности её химических показателей.
Роль почвенных микроорганизмов в круговороте азота
Запасы азота в природе очень велики. Общее содержание этого элемента в организмах составляет более 25 млрд. тонн, большое количество азота находится также в почве. В воздухе азот присутствует в виде газа N2. Однако газ азот (N2), содержание которого в атмосфере достигает 78 % по объёму, эукариоты сами по себе ассимилировать не могут. А уникальной способностью превращать N2 в азотсодержащие соединения обладают некоторые бактерии, которые называют азотфиксирующими, или азотфиксаторами. Фиксация азота возможна многими бактериями и цианобактериями. Они живут или в почве, или в симбиозе с растениями, или с несколькими разновидностями животных. Например, семья бобовых растений (Fabaceae) содержит такие бактерии на своих корнях. Типичным представителем свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов является Azotobacter – грамотрицательная бактерия, связывающая азот воздуха. Продукты фиксации азота – аммиак (NH3), нитриты.
Рис. 1.1. Общий цикл азота в биосистемах
Рис. 1.2. Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий
Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов. Этот процесс носит название нитрификации, он осуществляется нитрифицирующими бактериями. Однако нет такой бактерии, которая бы прямо превращала аммиак в нитрат. В его окислении всегда участвуют две группы бактерий: одни окисляют аммиак, образуя нитрит, а другие окисляют нитрит в нитрат. Наиболее известные виды нитрифицирующих бактерий –
это Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляет аммиак:
Nitrobacter окисляют нитрит:
Бактерии, окисляющие аммиак, поставляют субстрат для бактерий, окисляющих нитрит. Поскольку высокие концентрации аммиака оказывают на Nitrobacter токсическое действие, Nitrosomonas, используя аммиак и образуя кислоту, тем самым улучшает и условия существования для Nitrobacter.
Нитрификаторы – грамотрицательные бактерии, принадлежащие к семейству Nitrobacteracea. Им не нужны восстановленные соединения углерода для нормального роста и размножения, они способны восстанавливать CO2 до органических соединений, используя для этого энергию окисления минеральных соединений азота – аммиака и нитритов. Таким образом, нитрификато-
ры – бактерии, которые способны питаться исключительно неорганическими соединениями и осуществляют процесс хемосинтеза, синтеза органических соединений из минеральных. Хемосинтез – путь усвоения живыми существами неорганического углерода, альтернативный фотосинтезу. Растения используют нитраты для образования разных органических веществ. Животные потребляют с пищей растительные белки, аминокислоты и др. азотсодержащие вещества. Таким образом, растения делают органический азот доступным для других организмов-консументов.
Все живые организмы поставляют азот в окружающую среду. С одной стороны, все они выделяют в ходе жизнедеятельности продукты азотистого обмена: аммиак, мочевину и мочевую кислоту. Последние два соединения разлагаются в почве с образованием аммиака (который при растворении в воде дает ионы
аммония).
Мочевая кислота, выделяемая птицами и рептилиями, также быстро минерализуется особыми группами микроорганизмов с образованием NH3 и СО2. С другой стороны, азот, включённый в состав живых существ, после их гибели подвергается аммонификации (разложение содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония()) и нитрификации.
Продукты нитрификации – и в дальнейшем подвергаются денитрификации. Этот процесс целиком происходят благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, которые обладают способностью восстанавливать нитрат через нитрит до газообразной закиси азота (N2O) и азота (N2). Эти газы свободно переходят в атмосферу.
В отсутствии кислорода нитрат служит конечным акцептором водорода. Способность получать энергию путем использования нитрата как конечного акцептора водорода с образованием молекулы азота широко распространена у бактерий. Временные потери азота на ограниченных участках почвы, несомненно, связаны с деятельностью денитрифицирующих бактерий. Таким образом, круговорот азота невозможен без участия почвенной микрофлоры.
Усваиваемые соединения азота могут накапливаться в почве в неорганической форме (нитрат) или могут быть включены в живой организм как органический азот. Ассимиляция и минерализация определяет поглощение соединений азота из почвы, объединение их в биомолекулы растений и конверсию в неорганический азот после отмирания растений, соответственно. Ассимиляция – переход неорганического азота (типа нитрата) в органическую форму азота как, например, аминокислоты. Нитрат переходит с помощью ферментов сначала в нитрит (редуктаза нитрата), затем в аммиак (редуктаза нитрита). Аммиак входит в состав аминокислот.
Факторы, влияющие на круговорот азота в антропогенных биоценозах
В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство. Но в настоящее время на круговорот азота влияют многочисленные антропогенные факторы. Во-первых, это кислотные дожди – явление, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков и снега из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (например, оксидами азота). Химизм этого явления состоит в следующем. Для сжигания органического топлива в двигатели внутреннего сгорания и котлы подается воздух или смесь топлива с воздухом. Почти на 4/5 воздух состоит из газа азота и на 1/5 – из кислорода. При высоких температурах, создаваемых внутри установок, неизбежно происходит реакция азота с кислородом и образуется оксид азота:
Эта реакция эндотермическая и в естественных условиях происходит при грозовых разрядах, а также сопутствует другим подобным магнитным явлениях в атмосфере. В наши дни человек в результате своей деятельности сильно увеличивает накопление оксида азота (II) на планете. Оксид азота (II) легко окисляется до оксида азота (IV) уже при нормальных условиях:
Далее оксид азота реагирует с атмосферной водой с образованием азотной и азотистой кислот:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2
В каплях атмосферной воды эти кислоты диссоциируют с образованием, соответственно нитрат- и нитрит-ионов, а ионы попадают с кислотными дождями в почву. Вторая группа антропогенных факторов, влияющих на азотистый обмен почв, – это технологические выбросы. Оксиды азота – одни из самых распространенных загрязнителей воздуха. Неуклонный рост производства аммиака, серной и азотной кислоты напрямую связан с увеличением объёма отходящих газов, а, следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Третья группа факторов – переудобрение почв нитритами, нитратами (селитрой) и органическими удобрениями. И, наконец, на азотистый обмен почв отрицательно влияет повышенный уровень биологического загрязнения. Возможные его причины: сброс сточных вод, несоблюдение санитарных норм (выгул собак, неконтролируемые свалки органических отходов, плохое функционирование канализационных систем и др.). Как следствие почва загрязняется аммиаком, солями аммония, мочевиной, индолом, меркаптанами и другими продуктами разложения органики. В почве образуется дополнительное количество аммиака, который затем перерабатывается бактерииями в нитраты.
Актуальность изучения круговорота азота в антропогенных биоценозах
Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние.
Антропогенные биоценозы – это особые природные сообщества, сформировавшиеся под непосредственным влиянием человека, который сам может создавать новые ландшафты и серьёзным образом изменять экологическое равновесие. Кроме того, деятельность человека оказывает огромное влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие, потому что произошли серьёзные изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате вызванных человеком воздействий. Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, гемов и др. В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов.
Очень важно изучать и контролировать круговорот азота, особенно в антропогенных биоценозах, потому что небольшой сбой в какой-либо части цикла может привести к серьёзным последствиям: сильным химическим загрязнениям почв, зарастанию водоемов и загрязнению их продуктами разложения отмершей органики (аммиак, амины и др.), высокому содержанию растворимых соединений азота в питьевой воде.
Для изучения особенностей круговорота азота можно использовать комплексную методику по изучению содержания ионов нитритов (), нитратов () и аммония () в почве и её микробиологических показателях.