Kur yra fosforas? • Elena Naimark • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Geochemija, ekologija

Kur yra fosforas?

Fluorescencijos rentgeno spindulių mikrofotografavimo ir fluorescencijos spektras nuosėdose iš fosforo turtingų Britų Kolumbijos sričių. Nuosėdinis fosforas (raudona) yra laikomas skirtingomis, netolygiai pasiskirstytomis submikrono dydžio dalimis, palyginti su santykinai vienodo nuosėdinio aliuminio (mėlynas) ir magnio (žalia) Remiantis didelės skiriamosios gebos rentgeno spinduliuotės spektroskopijos ypatumais, apytikriai pusė mėginių, paimtų iš tirtų 147 fosforo sričių, pasirodė esantys polifosfatai ir kitos pusės – apatitai. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeMokslas

Amerikos mokslininkai, nustatydami jūrinių nuosėdų ir planktono fosforo komponentų kokybinę ir kiekybinę sudėtį, nustatė fosforo nusodinimo mechanizmus gamtinėse sąlygose. Jie parodė, kad fosforas – svarbiausias gyvenimo elementas – pašalinamas iš apyvartos, dalyvaujant mikroorganizmams. Taigi patvirtinta fiziologinių nuosėdų biogeninio susidarymo hipotezė.

Fosforas yra vienas iš svarbiausių "gyvenimo elementų". Kartu su siera, geležimi ir kaliu jo buvimas lemia galimybę gyventi tam tikrose gyvųjų organizmų vietose.Jei terpėje yra mažai fosforo, tada vienas organizmas negali augti; fosforo ribojimas mažina pirminę gamybą (taip pat žr. "Pirminė gamyba"), o tai reiškia visos trofinės grandinės biomasės sumažėjimą. Norint suvokti gamybinius aplinkos gebėjimus, reikėtų gerai žinoti fosforo debetą ir kreditą, tai yra, kaip fosforo ciklas yra išdėstytas tam tikroje situacijoje. Fosforas pateko į aplinką iš žemės žarnų su požeminiais skysčiais ir vulkanine veikla. Be to, fosfatų (fosforo rūgšties darinių) pavidalu jie naudojami gyvų organizmų. Mirusios organinės medžiagos fosforas gali grįžti į ciklą, bet ilgainiui virsta netirpiais fosfatų nuosėdomis. Nuosėdų sudėtis yra netirpios kalcio ir mangano druskos (apatitai). Ir netgi galima nekalbant apie tai, kad apatitai yra svarbiausi mineralai, kurie chemijos pramonei ir žemės ūkiui suteikia žaliavų.

Biotos plitimas vienoje ar kitoje vietovėje priklauso nuo fosforo suvartojimo ir jo nusėdimo santykio. Fosforo suvartojimo kiekio nustatymas yra palyginti paprastas – tai paviršinis nuotėkis ir požeminiai skysčiai.Tačiau norint įvertinti fosforo nusėdimo greitį, būtų gerai žinoti šio proceso dalyvius ir nusėdimo mechanizmus. Reikia pabrėžti, kad, stebėtinai, iki šiol nėra aiškios supratimo apie tai, kaip gamtoje išsiskiria fosfatas. Teoriškai natūraliomis sąlygomis – natūraliu jonų, anijonų, rūgštingumo – fosforo nusodinimo santykiu neturėtų atsirasti. Tačiau akivaizdu, kad tai vyksta – bet kaip?

Grupė JAV mokslininkų iš Atlante Džordžijos technologijos instituto, Pietų Karolinos universiteto Kolumbijoje, Argentinos nacionalinės laboratorijos (Ilinojus) ir Scidway okeanografijos institutas Savanoje (Gruzija) naudojo naujausias fosforo technologijas nuo vandens paviršiaus iki nuosėdų natūralioje jūrų aplinkoje. Šiuo keliu mokslininkai pastebėjo, kaip keičiasi fosforo kiekis ir fosforo junginių sudėtis, taigi nustatė svarbiausius fosforo transformacijos požymius gamtoje. Jų darbe naudojami metodai yra labai jautrūs didelės skiriamosios gebos fluorescencijos rentgeno spinduliai, kurie leidžia jums pamatyti (iš tiesų, žiūrėkite spalvomis!). Įvairių fosforo junginių pasiskirstymo modelis,taip pat labai jautri elektrodializė fosforu, su kuria galima tiksliai įvertinti fosforo junginio kiekį.

Darbas buvo atliktas Kanados Britų Kolumbijos provincijoje Vankuvero salos įlankoje, kurioje buvo imami planktono, vandens ir nuosėdų mėginiai. Atliekant ėminių ėmimą 2007 m. Balandžio mėn. Buvo stebimas diatominių žydėjimas. Skeletonema. Šie viencelčių, kaip ir beveik visi mikroorganizmai, kaupiasi savo ląstelėse polifosfato granulių – vadinamųjų volučio granulių. Šiose granulėse kaupiasi iki 30-40% viso ląstelės fosforo. Polifosfatai susidaro iš fosforo rūgšties liekanų, kurias ląstelė paima iš aplinkos ir patiria energijos sąnaudas. Ląstelė naudoja polifosfatus kaip atsarginį fosforo šaltinį energijos molekulių gamybai.

Taigi, pirmasis fosfatų koncentracijos taškas yra ląstelėse esančios volitino granulės. Tyrėjai išmatavo polifosfatų kiekį vandenyje ir vidinės diatominėse medžiagose ir nustatė, kad jūros vandenyje esantys polifosfatai daugiausia yra gaunami iš ląstelių aktyvumo.Nuimant ir nusileidžiant dugne, ląstelės paverčia polifosfato granules į nuosėdas. Ten ląstelės skirstomos, o submikrono dydžio volutino granulės (arba grūdeliai) lieka nuosėdose. Jie buvo užregistruoti tyrėjų naudojant rentgeno spinduliuotės spektroskopiją: polifosfato grūdų dydis nuosėdose yra 0,5-3 mikronai tokio pat dydžio ir volito granulės gyvose ląstelėse. Kadangi polifosfatai labai ištirpsta jūros vandenyje, jie niekada negrįžta į cirkuliaciją. Polifosfatų gyvenimas nuosėdose, kaip paaiškėjo tiriant nuosėdinius sluoksnius, yra ne mažiau kaip 60 metų.

Nepaisant to, polifosfatų kiekio balanso skaičiavimai vandenyje, dumblėse ir nuosėdų paviršiuje parodė, kad kažkur kažkur išnyksta tam tikras polifosfatų kiekis. Mažai tikėtina, kad šis trūkumas yra susijęs su jų gyvų ląstelių panaudojimu. Galų gale, gyvos diatominės ląstelės gali naudoti tik intracellular polyphosphate, bet ne ekstraląstelinę. Labiau tikėtina, kad nuosėdose esantys polifosfatai palaipsniui transformuojami į apatitus. Mokslininkai sugebėjo į nuosėdas registruoti trumpalaikius, šiek tiek kristalizuotus apatito gabalėlius. TariamaiTai yra polifosfato granulės, kurios tampa substratu, arba matrica, kurioje pradedama apatito kristalizacija, palaipsniui pereina į geologinį laiko plotą, dėl kurio susidaro apatitų grupės.

Taigi natūraliomis sąlygomis amerikiečių mokslininkams pavyko parodyti fiziorų biogeninio susidarymo galimybes ir mastą, taip pat parodyti, kaip fosforas gaunamas iš planetos cirkuliacijos. Pasak Amerikos ekspertų, diatomės koncentruoja fosforą, perneša jį į netirpios formos ir perkelia į nuosėdas. Be to, geocheminiai jūros vandens procesai palaipsniui sukelia apatitus. Visuotinį šio proceso pobūdį pabrėžia diatomių visame pasaulyje platinimas.

Hovsgolio ežero (Mongolijos) fosforitai susideda iš iškastinių cianobakterijų gijų. Tai yra labai rimtas argumentas dėl fosfatų nuosėdų biogeninės kilmės. Nuotrauka skelbiama su miesto leidimu. n E. A. Zhegallo

Vis dėlto reikėtų pažymėti, kad iškastinio kuro lapuose atsirado diatomė tik ankstyvojo krizės metu.Tuo pačiu metu žinomi daug senesni fosforitų nuosėdos ir nuosėdos, pvz., Ankstyvojo kambrio (540 Ma) fosfatų nuosėdos Mozambiko Hovsgolyje. Bet tuomet nėra diatomių!

Kaip matyti iš nuorodų sąrašo leidinio pabaigoje MokslasJAV ekspertai nepažįsta Rusijos mikrobiologų, kurie prieš 10-15 metų tyrė biogeninių fosfatų kiekį, tyrimai. Mokslininkai iš mikrobiologijos institutų Rusijos mokslų akademijos ir Paleontologijos instituto Rusijos mokslų akademijos daugelyje publikacijų apibūdino pirmiau aprašytą fosforo nusodinimo mechanizmą, naudojant polifosfato koncentraciją volitino granulėse, bet ne dalyvaujant diatomėms, bet cianobakterijoms. Naujų amerikiečių ir rusų studijų skirtumas yra tas, kad pirmieji tyrė savo objektą gamtoje, o antrasis – laboratoriniais eksperimentais. Tačiau be laboratorinių eksperimentų Rusijos ekspertai pateikė įrodymų apie cianobakterijų dalyvavimą senovinių fosforo krituliuose – tai yra fosilizuotų cianobakterijų atradimas Hubsugulio fosfato uolienų sluoksniuose.

"Diatomitas" ir "cianobakterinis" fosfato kaupimasis skiriasi paskutiniame faze: pirma, tai yra lėta geofizikinių polifosfatų transformacija į apatitą,antrajame – terpės rūgštingumo pokytis ir aktyvaus kalcio pernešimas į ląstelės paviršių. Bet bet kokiu atveju, biotos dalyvavimas fosforo cikle iki šiol buvo akivaizdžiai nepakankamai įvertintas, ypač jei mes atsižvelgiame į polifosfato reakcijų ekstremalias senoves gyvose ląstelėse. Iš tiesų, net ir tarp seniausių propioninių bakterijų, polifosfatai kaupiasi ląstelėse.

Šaltiniai:
1) Julija Diaz, Ellery Ingall, Claudia Benitez-Nelson, David Paterson, Martin D. de Jonge, Ian McNulty, Jay A. Brandes. Jūrų polifosfatas: pagrindinis geologinio fosforo sekvestracijos atstovas // Mokslas. 2008 m. Gegužės 2 d. V. 320. P. 652-655 [DOI: 10.1126 / science.1151751] (pranešimuose).
2) L. M. Герасименко, G. A. Zavarzin, A. J. Розанов, G. T. Ушатинская. Šianobakterijų vaidmuo fosfatų mineralų susidarymui // Bendrojo biologijos leidinys. 1999. T. 60. № 4. P.415-430.
3) I. V. Гончарова, L. M. Герасименко, G. A. Заварзин, G. T. Ушатинская. Mineralinių fosfatų mikrotubų susidarymas esant halofilinėms cianobacterium microcoleus chontoplastas. Dabartinė mikrobiologija. 1993. V. 27. P. 187-190.

Taip pat žiūrėkite:
I. S. Kulayev. Neorganiniai polifosfatai ir jų vaidmuo įvairiuose evoliucijos etapuose (dėl polifosfatų vaidmens bakterijose, seniausių ir evoliuciškai pažengusių) // Soroso leidinys. 1996.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: