Ақпарат

Тіршілік формалары/экожүйелер бейімделген ең экстремалды жасанды орталар қандай?

Тіршілік формалары/экожүйелер бейімделген ең экстремалды жасанды орталар қандай?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Мен «экстремофильдер» туралы естідім, олар әртүрлі экстремалды орталарда табиғи түрде өсетін тіршілік формалары.

Тіршілік формаларының адам әрекетінен туындайтын экстремалды ортаға (мысалы, тау-кен өнеркәсібі қалдықтары, ядролық қалдықтар және т.б.) бейімделуіне дәлел бар ма?


Тіршіліктің экстремалды формалары: Антарктикалық су асты көлінің шөгінділерінде алғаш рет табылған тіршілік

Бір топ британдық ғалымдар мұз асты көлінің шөгінділерінен жүз мың жылға жуық бұрын пайда болған әртүрлі тіршілік формаларының дәлелдерін тапты.

Төтенше тіршілік формаларының Антарктика мұз қабатының астында бірнеше шақырым жерде жасырылған суық және қараңғы көлдерде болуы мүмкін екендігі ғалымдарды ондаған жылдар бойы таң қалдырды.

Дегенмен, Антарктиданың ішкі бөлігіндегі бұл көлдерден тікелей сынама алу үлкен технологиялық қиындықтарды тудыруда. Мұны мойындай отырып, Британдық Антарктикалық шолу (BAS) және Нортумбрия және Эдинбург университеттерінің ғалымдары 100 000 жылдан астам жерленгеннен бері алғаш рет ашылып жатқан мұз асты көлдерін мұз қабатының шегініп бара жатқан шеттерінен іздеуде. бұрын.

Себебі полюстерде температура көтерілген сайын мұз қабатының бөліктері еріп, бұрын-соңды болмаған жылдамдықпен шегініп жатыр.

Топ соңғы мұз дәуірінің соңында 400 м-ден астам мұзбен жабылған, бірақ қазір 3-4 метр жұқа жабындысы бар жаңа мұз асты көлі болып саналатын Антарктика түбегіндегі Ходжсон көлін нысанаға алды. мұз.

Мұзды бұрғылау кезінде олар тереңдігі 93 метр және ұзындығы шамамен 1,5 км және ені 1,5 км болатын көл түбіндегі шөгінділерді зерттеу үшін таза карнерлік әдістерді қолданды.

Көл өмірдің кез келген нысаны үшін қатал орта деп есептелді, бірақ көл түбіндегі балшық қабаттары мыңдаған жылдар бойы өмір сүрген микробтардың ДНҚ-сын сақтайтын уақыт капсуласын білдіреді. Өзегінің жоғарғы бірнеше сантиметрінде көлді мекендейтін қазіргі және соңғы организмдер болды, бірақ өзегі 3,2 м тереңдікке жеткенде табылған микробтар шамамен 100 000 жыл бұрын пайда болған.

BAS университетінде болған және қазір Нортумбрия университетінде оқитын жетекші автор Дэвид Пирс былай дейді:

"Таң қалдырғаны - біз тапқан биомассаның жоғарылығы мен әртүрлілігі. Бұл мұз асты антарктикалық көлінің шөгінділерінде өмір сүретін микробтардың алғаш рет анықталғаны және біз тым экстремалды деп есептейтін ортада тіршілік бар және мүмкін болатынын көрсетеді.

"Бұл организмдердің осындай ерекше ортада аман қалғаны олардың ерекше тәсілдермен дамығанын білдіруі мүмкін, бұл біз үшін қызықты жаңалықтарға әкелуі мүмкін. Бұл ерте кезең және енді осы тіршілік формаларын одан әрі зерттеу үшін көбірек жұмыс істеу керек."

Табылған тіршіліктің бір бөлігі қазба ДНҚ түрінде болды, бұл жерде бактериялардың көптеген түрлері, соның ішінде ең төтенше ортаға бейімделген экстремофильдер қатары өмір сүретінін көрсетеді. Олар оттегімен де, оттегісіз де тіршілікті қамтамасыз ету үшін әртүрлі химиялық әдістерді пайдаланады.

Бір ДНҚ тізбегі жер бетіндегі ең көне организмдерге қатысты болды және ДНҚ бөліктерінің жиырма үш пайызы бұрын сипатталмаған. Көптеген түрлер ғылым үшін жаңа болуы мүмкін, бұл мұз қабатының тереңірек бөліктерінің астында оқшауланған шалғайдағы көлдерді таза зерттеуді одан сайын қиындатады.

Ғалымдар мұз асты көлдерінде өмір сүретін организмдер басқа планеталарда тіршіліктің қалай өмір сүретіні туралы мәліметтерді сақтай алады деп санайды.

Өткен жылдың соңында Эллсворт көліне бұрғылау жұмыстарын жүргізетін британдық экспедиция техникалық қиындықтардан кейін тоқтатылды. АҚШ экспедициясы мұз қабатының шетіне жақын орналасқан мұз асты ортасынан сынама алды, бірақ оның нәтижелері туралы әлі хабарлаған жоқ, ал Ресей басқарған жоба мұз асты көлінің бетіндегі мұздың сынамасын алып, тіршілік белгілерін тапқанын хабарлады.


Экожүйе

Экожүйе – өсімдіктер, жануарлар және басқа организмдер, сондай-ақ ауа-райы мен ландшафттар тіршілік көпіршігін құру үшін бірге жұмыс істейтін географиялық аймақ.

Биология, Экология, Жер туралы ғылым, Метеорология, География, Адам географиясы, Физикалық география

Мұнда осы беттегі мазмұнды ұсынған немесе қосқан NG Education бағдарламаларының немесе серіктестерінің логотиптері берілген. Көмегімен

Экожүйе – өсімдіктер, жануарлар және басқа организмдер, сондай-ақ ауа-райы мен ландшафт бірге тіршілік көпіршігін құрайтын географиялық аймақ. Экожүйеде биотикалық немесе тірі бөліктер, сонымен қатар абиотикалық факторлар немесе жансыз бөліктер бар. Биотикалық факторларға өсімдіктер, жануарлар және басқа да организмдер жатады. Абиотикалық факторларға тау жыныстары, температура және ылғалдылық жатады.

Экожүйедегі әрбір фактор басқа факторларға тікелей немесе жанама түрде байланысты. Экожүйе температурасының өзгеруі, мысалы, онда қандай өсімдіктер өсетініне жиі әсер етеді. Азық-түлік пен баспана үшін өсімдіктерге тәуелді жануарлар өзгерістерге бейімделуге, басқа экожүйеге көшуге немесе жойылуға мәжбүр болады.

Экожүйелер өте үлкен немесе өте кішкентай болуы мүмкін. Толқынды бассейндер, мұхиттың судың ағып кетуі кезінде қалдырылған тоғандар - толық, кішкентай экожүйелер. Толқынды бассейндерде тамақ жасау үшін фотосинтезді пайдаланатын балдырлар, балдырлар бар. Абалон сияқты шөпқоректілер теңіз балдырларын жейді. Теңіз жұлдыздары сияқты етқоректілер теңіздегі басқа жануарларды, мысалы, моллюскаларды немесе мидияларды жейді. Толқынды бассейндер мұхит суының өзгеруіне байланысты. Кейбір организмдер, мысалы, теңіз балдырлары, су ортасында, су толқыны және бассейн толған кезде дамиды. Басқа организмдер, мысалы, гермит крабтары, су астында өмір сүре алмайды және төмен толқындар қалдырған таяз бассейндерге тәуелді. Осылайша экожүйенің биотикалық бөліктері абиотикалық факторларға тәуелді.

Жердің бүкіл беті бір-бірімен байланысқан экожүйелер тізбегі. Экожүйелер көбінесе үлкенірек биомада байланысты. Биомалар құрлықтың, теңіздің немесе атмосфераның үлкен бөліктері болып табылады. Мысалы, ормандар, тоғандар, рифтер және тундралар биомалардың барлық түрлері болып табылады. Олар оларда өмір сүретін өсімдіктер мен жануарлардың түрлеріне негізделген өте жалпы түрде ұйымдастырылған. Әрбір орманда, әр тоғанда, әрбір рифте немесе тундраның әрбір бөлігінде сіз көптеген әртүрлі экожүйелерді таба аласыз.

Мысалы, Сахара шөлінің биомасы көптеген экожүйелерді қамтиды. Құрғақ климат пен ыстық ауа райы биоманы сипаттайды. Сахарада құрма ағаштары, тұщы сулар және қолтырауындар сияқты жануарлар бар оазис экожүйелері бар. Сахарада сонымен қатар желмен анықталатын өзгермелі ландшафтпен құмды экожүйелер бар. Бұл экожүйелердегі жыландар немесе шаяндар сияқты организмдер құм төбелерде ұзақ уақыт өмір сүре алуы керек. Сахара тіпті Атлант мұхиты Африканың солтүстік-батыс жағалауында салқын тұмандарды тудыратын теңіз ортасын қамтиды. Сахараның осы экожүйесінде ешкі сияқты ұсақ ағаштармен қоректенетін бұталар мен жануарлар өмір сүреді.

Тіпті ұқсас дыбысты биомдарда мүлдем басқа экожүйелер болуы мүмкін. Мысалы, Сахара шөлінің биомасы Моңғолия мен Қытайдағы Гоби шөлінің биомасынан өте ерекшеленеді. Гоби - қар жиі жауатын және аязды суық шөл. Сахарадан айырмашылығы, Гобиде құмға емес, километрге созылған бос жыныстарға негізделген экожүйелер бар. Кейбір шөптер суық, құрғақ климатта өседі. Нәтижесінде бұл Гоби экожүйелерінде қарақұйрықтар, тіпті жабайы жылқының жойылып бара жатқан түрі тахи сияқты жайылымдық жануарлар бар.

Тіпті Гобидің суық шөлді экожүйелері Антарктиданың мұздатылған шөлді экожүйелерінен ерекшеленеді. Антарктиданың қалың мұз қабаты толығымен дерлік құрғақ, жалаңаш жыныстардан тұратын құрлықты қамтиды. Бұл шөл экожүйесінде тек бірнеше мүк өседі, олар тек бірнеше құстарды, мысалы, скуаларды қолдайды.

Экожүйелерге қауіп төндіреді

Мыңдаған жылдар бойы адамдар экожүйелермен өзара әрекеттесті. Көптеген мәдениеттер жақын маңдағы экожүйелердің айналасында дамыды. Солтүстік Американың Ұлы жазықтарындағы көптеген жергілікті американдық тайпалар, мысалы, жазық экожүйелердің жергілікті өсімдіктері мен жануарларына негізделген күрделі өмір салтын жасады. Бізон, Ұлы жазықтарда туған ірі жайылым жануары, Лакота немесе Киова сияқты көптеген жазық үндістердің мәдениеттеріндегі ең маңызды биотикалық факторға айналды. Бизонды кейде қателесіп буйвол деп те атайды. Бұл тайпалар баспана және киім ретінде буйвол терісін, тамаққа буйвол етін, құрал-сайман ретінде буйвол мүйізін пайдаланды. Ұлы жазықтың биік шөпті даласы бизон табындарын қолдады, тайпалар жыл бойы оларды ұстанды.

Адам популяциясы өскен сайын, адамдар көптеген экожүйелерді басып озды. Мысалы, Ұлы жазықтың биік шөпті даласы егістік алқапқа айналды. Экожүйе қысқарған сайын, аз бизондар аман қалуы мүмкін. Бүгінгі таңда бірнеше табын Йеллоустоун ұлттық саябағы сияқты қорғалатын экожүйелерде аман қалады.

Оңтүстік Америкадағы Амазонка өзенін қоршап тұрған тропикалық жаңбырлы орман экожүйелерінде де осындай жағдай орын алуда. Амазонка жаңбырлы орманы жүздеген экожүйені қамтиды, соның ішінде шатырлар, төменгі қабаттар және орман едендері. Бұл экожүйелер кең қоректік желілерді қолдайды.

Шатырлар - күн сәулесін іздеп інжір сияқты биік, жіңішке ағаштар өсетін тропикалық орманның жоғарғы жағындағы экожүйелер. Шатырлы экожүйелерге эпифиттер деп аталатын басқа да өсімдіктер жатады, олар тікелей бұтақтарда өседі. Төменгі экожүйелер шатырдың астында бар. Олар шатырларға қарағанда қараңғы және ылғалдырақ. Маймылдар сияқты жануарлар ағаштардың жемістерін, сондай-ақ қоңыздар сияқты кішігірім жануарларды жейтін төменгі экожүйелерде өмір сүреді. Орман еденінің экожүйелері көбелектер сияқты жәндіктермен қоректенетін гүлдердің алуан түрін қолдайды. Көбелектер, өз кезегінде, орман түбіндегі экожүйедегі өрмекшілер сияқты жануарларды тамақпен қамтамасыз етеді.

Адамның әрекеті Амазонкадағы барлық жаңбырлы орман экожүйелеріне қауіп төндіреді. Мыңдаған гектар жер ауылшаруашылық, тұрғын үй және өнеркәсіпке арналған. Бразилия, Венесуэла және Эквадор сияқты Амазонка тропикалық ормандарының елдері дамымаған. Соя және жүгері сияқты дақылдарға орын босату үшін ағаштарды кесу көптеген кедей фермерлерге пайда әкеледі. Бұл ресурстар оларға сенімді табыс пен азық-түлік көзін береді. Балалар мектепке баруы мүмкін, ал отбасылардың денсаулығын жақсартуға мүмкіндігі бар.

Дегенмен, жаңбыр ормандарының экожүйелерін жоюдың өзіндік құны бар. Жаңбырлы орман өсімдіктерінен көптеген заманауи дәрілер жасалды. Кураре, бұлшықет босаңсытқышы және безгекті емдеу үшін қолданылатын хинин - осы дәрілердің екеуі ғана. Көптеген ғалымдар жаңбыр орманының экожүйесін бұзу дәрі-дәрмектің көптеп жасалуына кедергі келтіруі мүмкін деп алаңдайды.

Жаңбырлы ормандардың экожүйелері де кедей егістік жерлерге айналдырады. Адамдар биік шөпті дала экожүйесін бұзған Ұлы жазықтың бай топырақтарынан айырмашылығы, Амазонка жаңбырлы орманының топырағы жұқа және қоректік заттар аз. Барлық қоректік заттар сіңірілмей тұрып, дақылдардың бірнеше маусымы ғана өседі. Фермер немесе агробизнес артта бос экожүйені қалдырып, келесі жер учаскесіне өтуі керек.

Қайта оралатын экожүйелер

Алайда экожүйелер жойылудан кейін қалпына келеді. Тынық мұхитының оңтүстігіндегі нәзік маржан рифтерінің экожүйелері мұхит температурасының көтерілуіне және тұздылықтың төмендеуіне байланысты қауіп төндіреді. Маржандар тым жылы суда ағартады немесе ашық түстерін жоғалтады. Олар тұзды емес суда өледі. Риф құрылымы болмаса, экожүйе бұзылады. Балдырлар сияқты организмдер, теңіз шөптері сияқты өсімдіктер және балық, жыландар, асшаяндар сияқты жануарлар жойылады.

Маржан рифтерінің көптеген экожүйелері күйреуіштен қайта оралады. Мұхит температурасы салқындап, тұзды көбірек ұстаған сайын, ашық түсті маржандар қайта оралады. Баяу олар рифтер жасайды. Балдырлар, өсімдіктер мен жануарлар да қайтады.

Жеке адамдар, мәдениеттер және үкіметтер өздері үшін маңызды экожүйелерді сақтау үшін жұмыс істейді. Мысалы, Эквадор үкіметі елдің конституциясындағы экожүйе құқықтарын мойындайды. Табиғат құқығы деп аталатын табиғат немесе дейді Пачамама Тіршілік қайта өндірілетін және бар [Жер] өзінің өмірлік циклдерін, құрылымын, функцияларын және эволюциядағы процестерін өмір сүруге, сақтауға, сақтауға және қалпына келтіруге құқығы бар. Әрбір адам, халық, қауымдастық немесе ұлт мемлекеттік органдардың алдында табиғатқа құқықтарын тануды талап ете алады. Эквадор тек жаңбырлы орман экожүйелерінің ғана емес, сонымен қатар өзен экожүйелерінің және Галапагос аралдарының керемет экожүйелерінің отаны болып табылады.

Фотосуретті түсірген Лела Бууз-Маккракен, MyShot

Экоцид
Адамдардың бүкіл экожүйелерді бұзуы экоцид немесе қоршаған ортаны өлтіру деп аталды.

Адамның экожүйесі
«Адамның экожүйесі» - бұл ғалымдар адамдардың өздерінің экожүйелерімен әрекеттесу жолын зерттеу үшін қолданатын термин. Адамның экожүйелерін зерттеу географияны, экологияны, технологияны, экономиканы, саясатты және тарихты қарастырады. Қалалық экожүйелерді зерттеу қалалар мен қала маңындағы аудандарға бағытталған.

Маржан үшбұрышы
Дүние жүзіндегі ең алуан түрлі экожүйе – Оңтүстік-Шығыс Азиядағы орасан зор кораллы үшбұрыш. Корал үшбұрышы солтүстікте Филиппиннен шығыста Соломон аралдарына дейін, батыста Индонезия мен Папуа аралдарына дейін созылып жатыр.

Бактрия және Дромедар
Әртүрлі шөл экожүйелері түйелердің әртүрлі түрлерін қолдайды. Түйе ұзын және жүйрік, аяқтары ұзын. Ол Солтүстік Африка мен Араб түбегінің ыстық, құрғақ шөлдеріне жатады. Бактриан түйесінің жүні қалың, қысқа, денесі майлы болады. Бактрия түйесі Орталық Азияның суық шөл далаларында туған.

Түйелердің екі түрін ажырату оңай: Дромедарлардың бір өркеші, бактриялардың екі өркеші бар.


Зерттеушілер «мәңгілік жазда» өмір сүру біздің денсаулығымызға кері әсер етуі мүмкін деп болжайды

(Phys.org) — Ұлыбританиядағы Абердин университетінің зерттеушілер тобы журналда мақала жариялады. Корольдік қоғамының еңбектері Б, олар «мәңгілік жазда» өмір сүрудің қауіптілігі ретінде сипаттайтын нәрселерді сипаттайды. Біз өмір сүріп жатқан ортаны жасанды түрде өзгерту арқылы біз әр маусымға тән қауіптерден қорғау үшін көптеген жылдар бойы дамып келе жатқан денсаулыққа қатысты дене жүйелеріне қарсы жұмыс істеуіміз мүмкін дейді.

Ғалымдар біраз уақыттан бері біз адамдар маусымдық өзгерістерге сезімтал екенімізді біледі - бұл біздің гендерде, соңғы бағалаулар бойынша олардың төрттен бір бөлігі. Дегенмен, біз өмірімізді жарықпен толтырылған жылытылатын үйлерде, жазғы жағдайларға ұқсайтын ұзақ және қысқа қыс күндерінде өткізуді жалғастырамыз. Бұл біздің денемізге қандай әсер етеді? Ешкім шынымен білмейді, бірақ бұл жаңа күшпен зерттеушілер әсер бар және бұл жақсы емес деп санайды.

Зерттеушілер атап өткендей, біздің денеміз маусымдық өзгерістерге үнемі бейімделу үшін бағдарламаланған - маңызды гендер, мысалы, тұмау сияқты ауруларды болдырмауға көмектесетін ақуыздардың өндірісін ынталандыру үшін дамыды. Керісінше, біз өз денемізді үнемі жаз деп ойлап, алдап, өзімізді осал қалдырамыз. Олар сондай-ақ жаһандық жылынудан өзімізді жасанды түрде қорғайтынымызды атап өтеді — сыртта күн жылыған сайын термостатты өзімізге ұнайтын деңгейде ұстауымыз керек. Бірақ, бұл қауіпті болуы мүмкін, дейді олар, өйткені бұл біздің үйлеріміз бен бизнес орындарымыздан тыс жерде болып жатқан шындықпен байланысын үзуге әкеледі.

Зерттеушілер өз мақалаларында маусымдық бұзылуларға қатысты әртүрлі сценарийлерді ұсынады, олар алаңдататын негізгі салалар деп санайтын нәрселерді көрсетеді - барлығы қоршаған ортаның жалпы перспективасын қамтитын әртүрлі көзқарастардан, бірі ауыл шаруашылығына және басқалары антропологиялық, ветеринариялық немесе басқа салаларға бағытталған. биомедициналық көзқарастар - әрқайсысы біздің ішкі биологиямыздың және виртуалды болмысымыздан тыс нақты ортаның синхронизациясы айналасында айналады. Олар әрбір тақырыптың зерттеу саласы болуы керек екенін және олардың барлығы бір уақытта жасанды ортада өмір сүретін адамдардың шынайы әсерін аша алатын транспәндік зерттеулердің негізін құра алатынын атап өтті.

Аннотация
Жердегі тіршілік ырғағы қоршаған ортаның маусымдық өзгерістерімен қалыптасады. Өсімдіктер мен жануарлар қоршаған ортаның әсерлеріне жауап ретінде физиология, денсаулық, морфология, мінез-құлық және демографияда терең жылдық циклдарды көрсетеді. Маусымдық биология экожүйелер мен ауыл шаруашылығына әсер етеді, бұл адамдарға және биологиялық әртүрлілікке әсер етеді. Адам популяциясы денсаулық пен әл-ауқаттың тұрақты жылдық ырғақтарын көрсетеді және туған айдың өмір бойы сақталатын ұзақ әсерлері болуы мүмкін. Бұл шолу маусымдық биологияны климаттың өзгеруі, адамның өмір салты және басқа да антропогендік әсерлер арқылы тез дамып келе жатқан бұзылуы фонында жақсырақ түсіну қажеттілігіне баса назар аударады. Климаттың өзгеруі денсаулыққа, экожүйеге және азық-түлік қауіпсіздігіне қатысты салалар үшін ықтимал салдары бар көптеген организмдер бейімделген жыл сайынғы ырғақтарды өзгерту болып табылады. Мәңгілік жаздың жасанды жағдайларындағы адамның өмір салты адамды ауру мен өлім-жітімнің өсуіне осал етіп, табиғи маусымдардан ажыратудың ең экстремалды үлгісін көрсетеді. Бұл шолуда біз маусымдық бұзылулардың сценарийлерін енгіземіз, маусымдық биологияның негізгі аспектілерін бөліп көрсетеміз және биомедициналық, антропологиялық, ветеринарлық, ауылшаруашылық және экологиялық перспективалардан қоршаған орта факторлары мен ішкі ырғақтардың арасындағы маусымдық десинхронизацияның соңғы дәлелдерін қорытындылаймыз. Жыл сайынғы ырғақтар биологиялық жүйелерде кең таралғандықтан, олар пәнаралық зерттеулер үшін ортақ негізді қамтамасыз етеді.


Планктондық қауымдастықтар

Планктон (сингулярлы планктер) - су бағанасында өмір сүретін және ағысқа қарсы жүзе алмайтын кез келген организмдер.

Үйрену мақсаттары

Планктондық қауымдастықтарды еске түсіріңіз

Негізгі қорытындылар

Негізгі нүктелер

  • Планктон ең алдымен кең функционалды (немесе трофикалық деңгей) топтарға бөлінеді: фитопланктон, зоопланктон және бактериопланктон.
  • Планктон өлшемдері кең ауқымды қамтиды, соның ішінде медузалар сияқты микроскопиялық және ірі организмдер.
  • Планктон қауымдастығы кең өндіруші, тұтынушы және қайта өңдеуші топтарға бөлінеді.

Негізгі шарттар

  • трофикалық: Қоректену тізбегіндегі ағзалардың қоректену әдеттері арасындағы байланыстарды сипаттау.
  • планктон: Планктон (сингулярлы планктер) — су бағанасында өмір сүретін және ағысқа қарсы жүзе алмайтын кез келген организмдер. Олар балықтар мен киттер сияқты көптеген ірі су ағзаларына маңызды тамақ көзі болып табылады.
  • организмдер: Ағза - бұл кез келген көршілес тірі жүйе (мысалы, жануар, саңырауқұлақ, микроорганизм немесе өсімдік). Кем дегенде қандай да бір түрде организмдердің барлық түрлері ынталандыруға жауап беруге, көбеюге, өсу мен дамуға және тұрақты тұтастай гомеостазды сақтауға қабілетті.

Планктон (сингулярлы планктер) - су бағанасында өмір сүретін және ағысқа қарсы жүзе алмайтын кез келген организмдер. Олар балықтар мен киттер сияқты көптеген ірі су ағзаларына маңызды тамақ көзі болып табылады.

Бұл организмдерге мұхиттардың, теңіздердің немесе тұщы су қоймаларының пелагикалық аймағында мекендейтін дрифттік жануарлар, өсімдіктер, архейлер, балдырлар немесе бактериялар жатады. Яғни, планктон филогенетикалық немесе таксономиялық классификациядан гөрі олардың экологиялық тауашаларымен анықталады.

Көптеген планктикалық (немесе планктондық) түрлердің мөлшері микроскопиялық болғанымен, планктон медузалар сияқты ірі организмдерді қоса алғанда, кең ауқымды қамтитын организмдерден тұрады.

Планктон ең алдымен кең функционалды (немесе трофикалық деңгей) топтарға бөлінеді: фитопланктон, зоопланктон және бактериопланктон.

Диатомдар: Микроскоп арқылы көрінетін диатомдардың ассортименті. Бұл үлгілер Антарктидадағы Мак-Мердо Саундта жыл сайынғы теңіз мұзының кристалдары арасында өмір сүрді. Кескін түпнұсқа 35 мм Эктахром слайдынан цифрланған. Бұл кішкентай фитопланктондар силикат жасушасының қабырғасында орналасқан.

Фитопланктон (грекше фитон немесе өсімдік деген сөз), автотрофты, прокариот немесе эукариоттық балдырлар фотосинтезді қолдау үшін жеткілікті жарық бар су бетіне жақын жерде өмір сүреді. Маңызды топтардың арасында диатомдар, цианобактериялар, динофлагеллаттар және кокколитофорлар бар.

Зоопланктон (грек тілінен алынған зооннан немесе жануардан), басқа планктондармен және телонемиямен қоректенетін ұсақ қарапайымдылар немесе метазоандар (мысалы, шаян тәрізділер және басқа жануарлар). Мұнда балық, шаянтәрізділер және анеллидтер сияқты ірі жануарлардың жұмыртқалары мен личинкаларының бір бөлігі кіреді.

Бактериопланктон, бактериялар және архейлер, олар су бағанындағы органикалық материалдарды реминерализациялауда маңызды рөл атқарады (прокариоттық фитопланктон да бактериопланктон екенін ескеріңіз).

Бұл схема планктон қауымдастығын кең өндіруші, тұтынушы және қайта өңдеуші топтарға бөледі. Дегенмен, кейбір планктондардың трофикалық деңгейін анықтау оңай емес. Мысалы, динофлагеллаттардың көпшілігі фотосинтетикалық продуценттер немесе гетеротрофты тұтынушылар болғанымен, көптеген түрлер жағдайларға байланысты миксотрофты болып табылады.

Коммерциялық маңызды балық шаруашылығын қолдайтын азық-түлік тізбегінің төменгі бірнеше деңгейін білдірумен қатар, планктондық экожүйелер көптеген маңызды химиялық элементтердің биогеохимиялық циклдарында, соның ішінде мұхиттағы көміртегі циклінде рөл атқарады.

Зоопланктон негізінен фитопланктонға жайылып, планктикалық қоректік торды көміртегімен қамтамасыз етеді, не оны метаболизмдік энергиямен қамтамасыз ету үшін дем алады, не өлгеннен кейін биомасса немесе детрит түрінде болады. Әдетте теңіз суына қарағанда тығызырақ органикалық материал батып кетуге бейім. Жағалаудан алыс ашық мұхит экожүйелерінде бұл көміртекті жер үсті суларынан тереңдікке тасымалдайды. Бұл процесс биологиялық сорғы ретінде белгілі және мұхиттардың жердегі ең үлкен көміртекті тұнбаны құрауының бір себебі.

Планктон өндірісін “себу арқылы”, ең алдымен, темір микронутриентімен ұлғайту арқылы адам әрекеті нәтижесінде пайда болатын көмірқышқыл газының мұхиттың сіңірілуін арттыруға болады. Дегенмен, бұл әдіс кең ауқымда практикалық болмауы мүмкін. Мұхиттағы оттегінің азаюы және нәтижесінде метанның өндірілуі (тереңдікте қайта минералданудың артық өндірісінен туындаған) ықтимал кемшіліктердің бірі болып табылады.

Фитопланктон популяциясының өсуі жарық деңгейіне және қоректік заттардың қолжетімділігіне байланысты. Өсуді шектейтін негізгі фактор дүниежүзілік мұхиттардағы аймақтардан аймаққа қарай өзгеріп отырады. Кең ауқымда олиготрофты тропиктік және субтропиктік гильзалардағы фитопланктонның өсуі әдетте қоректік заттармен шектеледі, ал жарық көбінесе субарктикалық гирлерде фитопланктонның өсуін шектейді. Қоршаған ортаның әртүрлі масштабтағы өзгермелілігі фитопланктон үшін қол жетімді қоректік заттар мен жарыққа әсер етеді. Бұл организмдер теңіздегі қоректік тордың негізін құрайтындықтан, фитопланктондардың өсуінің бұл өзгергіштігі жоғары трофикалық деңгейлерге әсер етеді. Мысалы, жыл аралық масштабта фитопланктон деңгейі Эль-Нино кезеңдерінде уақытша төмендеп, зоопланктондардың, балықтардың, теңіз құстарының және теңіз сүтқоректілерінің популяцияларына әсер етеді.

Фитопланктонның ғаламдық популяциясына антропогендік жылынудың әсері белсенді зерттеу саласы болып табылады. Су бағанының тік стратификациясының, температураға тәуелді биологиялық реакциялардың жылдамдығының және қоректік заттардың атмосфералық қамтамасыз етілуінің өзгеруі фитопланктондардың болашақ өнімділігіне маңызды әсер етеді деп күтілуде. Сонымен қатар, зоопланктонның жайылу жылдамдығына байланысты фитопланктон өлімінің өзгеруі айтарлықтай болуы мүмкін.

Жаңадан шыққан балық дернәсілдері де бірнеше күн бойы планктон болып табылады, өйткені олар ағысқа қарсы жүзе алмайды. Зоопланктон балықтардың дернәсілдерінің барлығына дерлік бастапқы жем болып табылады, өйткені олар сарыуыз қапшықтарынан сыртқы қоректенуге ауысады. Балықтар аштықтан өлуі мүмкін жаңа дернәсілдерге сәйкес болу үшін зоопланктонның тығыздығы мен таралуына сүйенеді. Табиғи факторлар (мысалы, ағымдағы өзгерістер) және техногендік факторлар (мысалы, өзен бөгеттері) зоопланктонға қатты әсер етуі мүмкін, бұл өз кезегінде личинкалардың өмір сүруіне, демек, өсірудің сәттілігіне қатты әсер етуі мүмкін.


1. КІРІСПЕ

Тек физика ғылымы мен инженерлік талдауларға негізделген өзендерді басқару тәсілдері 20 ғасыр бойы әзірленіп, қарқынды түрде қолданылды, бірақ екі себепке байланысты тұрақты емес болып шықты. Біріншіден, бұл тәсілдер шешуге бағытталған мәселелер (мысалы, су тасқынының зақымдануы және су тапшылығы) анық түрде шешілген жоқ. Керісінше, өзенмен байланысты проблемалармен байланысты жыл сайын күтілетін залалдардың ұзақ мерзімді және өсу үрдістері жеделдеуде (Tanoue, Hirabayashi, & Ikeuchi, 2016 ) және өзен ортасы мен экожүйелерінің ұзақ мерзімді нашарлауы дүниежүзілік су ресурстарының әлеуетін айтарлықтай төмендетті. өзендер қоғамның қажеттіліктерін қанағаттандыруды жалғастыру үшін (Vörosmarty et al., 2010).

20 ғасырдың аяғында дәстүрлі тәсілдердің шектеулерін мойындаудың күшеюі өзен ғалымдарын өзендерді басқаруды түбегейлі қайта қарауға, соның ішінде тозу мен нашарлаудың тарихи тенденцияларын алдымен тоқтатуға, содан кейін кері қайтаруға бағытталған қадамдарды дауластыруға әкелді. өзендерді қалпына келтіру тәжірибесі. Дегенмен, мыңдаған шақырымдық бұзылған арналарды қалпына келтіруге күш салып, ауқымды күрделі салымдарға қарамастан, өз ұмтылыстары бойынша бағаланғанда, өзенді қалпына келтіру нәтиже бермеді. Көптеген, мүмкін, қалпына келтіру жобаларының көпшілігі күтілген гидрологиялық, морфологиялық, экологиялық және әлеуметтік артықшылықтарды бермегені, кем дегенде, әлі жоқ (Geist & Hawkins, 2016 Haase, Hering, Jähnig, Lorenz, & Sundermann, 2013) Палмер, Меннингер және Бернхардт, 2010).

Біз бұл жерде өзенді қалпына келтірудің айқын төмен жұмысының себебі ғасырлар бойы өзендерді басқаруды негіздеген физикаға негізделген ғылымға ұзақ уақыт бойы шектен тыс тәуелділіктен туындайды деп дәлелдейміз. Мысалы, қалпына келтіру жобаларының көпшілігі әлі де 17-20 ғасырлар арасында әзірленген тұрақты арна дизайнының принциптерін қолданады (Чези, 1775 Кеннеди, 1895 Леси, 1929). Осындай физикаға негізделген тәсілдерге негізделетін теория: аллювиалды (яғни, өздігінен пайда болған) арнаның көлбеу және көлденең қимасының өлшемдерін қайта жобалау, оның шөгінділерді тасымалдау мүмкіндігі жоғары ағыннан жеткізілімге дәл сәйкес келуі динамикалық морфологияға әкеледі. тұрақты. Бұл контексте динамикалық тұрақтылық арнаның геометриясы мен өлшемдері оның арқылы шөгінді өткенімен және арна уақыт бойынша бүйірлік ығысқанымен өзгеріссіз қалғанда пайда болады. Бүйірлік ығысуға жол берілмейтін болса, қалпына келтіру жобалары жасанды емес, табиғи материалдарды қолдану арқылы бұған жол бермеуі мүмкін (Кондольф, 2011). Мұндай қалпына келтірудің құндылығы жоқ. Тұрақты арнаны қалпына келтіру биоәртүрлілікті арттыруы мүмкін (мысалы, Hockendorff және т.б., 2017), ал жақсартылған эстетика мен қолжетімділік өзендермен әлеуметтік қарым-қатынасты арттыруда және оларды бағалауда құндылыққа ие (мысалы, Åberg & Tapsell, 2013). Осыған қарамастан, қатаң түрде физикаға негізделген қалпына келтіру аяқталмаған және өзен ортасы мен экожүйедегі құлдырау үрдістерін өзгертпейді. Шынында да, Auerswald, Moyle, Seibert, and Geist (2019) инженерлік тәсілдерге тұрақты сенім арту эстетикалық және теріс әлеуметтік-экономикалық салдарларға байланысты жүйенің ажыратылуына байланысты табиғи емес су тасқыны сияқты өзен қауіптерін одан әрі күшейтеді деп болжайды. су жолдарымыздың рекреациялық құндылықтары.

Табиғи ағынның кейбір құрамдас бөліктері немесе функциялары басқаларын жақсарту үшін құрбан болса, өзен өзінің су жинау және гидрологиялық контексттерінде жоғалған функцияларын қалпына келтіру және тепе-теңдікті қалпына келтіру үшін қажетті әдістерді реттеу арқылы жауап береді. Күрделі жұмыстар мен күрделі техникалық қызмет көрсету бағаланған функцияларды уақытша жалғастыра отырып, мұндай қалпына келтіруді болдырмайды, бірақ шығындар көбейіп, өзен функционалды түрде нашарлауды жалғастыра отырып, қаржыландырушылар бағаланған функцияларды қолдау үшін қажет жиі болатын әрекеттер қанша уақытқа созылуы керек екенін сұрайтын уақыт келеді. . Ыңғайсыз жауап мәңгі. Қысқасы, дәстүрлі өзендерді басқару және қалпына келтіру экономикалық тұрғыдан да, экологиялық жағынан да тиімсіз.

Өзен ортасы мен функцияларының ұзақ уақытқа созылған құлдырауын жою үшін біз «қалпына келтіру дизайнын» қайта қарастыру және «табиғи процестерді» қайта анықтау үшін қалпына келтіру теориясында парадигманы өзгертуді ұсынамыз. Бұл енді мүмкін болды, өйткені геология, гидрология және биология арасындағы байланыстардағы ғылым жеткілікті түрде дамыды, сондықтан біз тірі ағзалардың өзен формасы мен процесіне әсер ету қабілетін бірінші рет дұрыс бағалай аламыз және белгілі бір дәрежеде сандық түрде бағалай аламыз. Өзендер олар орналасқан биоманың маңызды құрамдас бөлігі болып табылады, мұнда биом аймақтық ортаға бейімделген өсімдіктер мен жануарлардан тұратын экожүйелердің жалпы ұқсастығымен сипатталатын аймақ ретінде анықталады. Биомдар экожүйенің сапасы мен тұтастығындағы айырмашылықтарға әсер ететін немесе көрсететін геология, физиология, өсімдіктер, климат, топырақ, жер пайдалану, жабайы табиғат және гидрологияны талдау арқылы анықталады. Өзен арнасының пішіні мен динамикасының өзгеруі қоршаған биоманы өзгертуі мүмкін, мысалы, аймақтық су деңгейінің төмендеуі арқылы, ал ормандарды кесу немесе түрлерді басып алу сияқты биомадағы өзгерістер өзен реакцияларын тудыруы мүмкін (мысалы, Beschta & Ripple, 2009) . Бұдан шығатыны, өзендер биомдарымен үндесетіндей етіп реинтеграциялау өзендерді қалпына келтіру үшін неғұрлым тұрақты негіз береді.

Біздің ойымызша, «табиғаттың өзен қалпына келтірушілері» ретінде биогеоморфтық агенттердің күшін пайдалануды бастаудың уақыты келді, тұрақты арна дизайнын биомикалық қалпына келтіру ретінде жақсы сипатталған жаңа тәсілмен ауыстырады. Бұл агрегация мен деградацияның тепе-теңдігін бақылауда өзеннің өмір сүру рөлін қосу үшін Лэйн балансын (Лэйн, 1955) қайта қарау арқылы инкапсуляциялануы мүмкін (1-сурет).


Тіршілік формалары/экожүйелер бейімделген ең экстремалды жасанды орталар қандай? - Биология

БИОлогика :: Егер сіз өзіңіз елестете алатын кез келген биологиялық тіршілік формасын жасай алсаңыз, ол біздің табиғи ортаға таралса не істер едіңіз? Мұндай қабілет бізге қандай қауіп төндіреді және барлығы биологиялық дизайнер болатын болашақ қандай болуы мүмкін? Табиғи генетикалық мұрамызды қорғап қана қоймай, жаңа организмдерімізді қорғау және оқшаулау үшін қандай шаралар қолдана аламыз?

Нью-Йорктегі DIYbio зертханасы Genspace курсты жариялады, «Экологиялық релиз!" келесі сипаттамасымен.

Genspace адамдар шын мәнінде жаңа организмдерді жасауда жұмыс істей алатын орын болғандықтан, бұл олардың жұмысы туралы естігендердің көпшілігінің қорқынышы болуы мүмкін. Курстың өткен «басқыншылықтардан» үйренуге бағытталғаны өте пайдалы - бізге ненің жұмыс істейтінін және ненің жұмыс істемейтінін және қандай мәселелерге қарсы тұру үшін жаңа инновацияларды қажет ететінін көрсету - синтетикалық биологияның дамыған саласы бізге ұсынатын жаңалықтарды көрсетеді.

Ең айқын шешім - жасанды орталарда синтетикалық организмдерді сақтау және қосымша сақтық шарасы ретінде оларға тек осы жасанды орталарда өмір сүруге мүмкіндік беретін атрибуттар берілген.

Биосфера 2 – әртүрлі ауқымда синтетикалық және табиғи экожүйелерді «тірі қоймалар» ретінде қорғауға бейімделуі мүмкін қоршаған ортаны қорғаудың экстремалды мысалы.

Жасанды орталар жаңалық емес. Вавилонның аспалы бақтарынан бастап жергілікті хайуанаттар бағына дейін адамзат өзінің алғашқы құралдар жинағын алғаннан бері қоршаған ортаны қажеттіліктеріне сай өзгертті. Жылыжайлар және тіпті қарапайым үй аквариумы - қарапайым адам қазір қол жеткізе алатын жасанды орталардың мысалдары және үйдегі synBio туындылары үшін болашақ оқшаулау жүйелерін құруға үлгі бола алады.

Биоселтердің интерьері -- үйдің бүйіріне салынған.
Оқырмандарға тағы бір жасанды орта таныс болмауы мүмкін «биологиялық баспана» болып табылады." Бұл тепе-теңдікті сақтау және пайдаланушы қалаған кез келген нәрсе үшін оңтайлы өсу жағдайларын жасау үшін табиғи түрде бірге жұмыс істейтін элементтердің жалпы экожүйесі ретінде жобаланған жылыжай. 1970 жылдары енгізілген дизайн жеке ауладағы немесе ауладағы кішкентай күмбездерден бастап өзгерді. Үйді ұзарту, тіршілік ету ортасына дейін адамдар сөзбе-сөз ішінде өмір сүретін еді, соның ішінде баспана сияқты жылыжайға салынған ғимараттар, тіпті сыртқы жағдайларға қарамастан табиғи теңдестірілген, жасанды орта мен адам тұрғындарын қамтитын «жасыл туннельдер».

Табиғи және/немесе синтетикалық инвазивті түрлерді сақтай отырып, жаңа организмдерде сақтай отырып, бүкіл synBio экожүйелерін -- синтетикалық экожүйелерді жасау үшін биобаспаналарды пайдалануды оңай елестете аламыз.

Биоселтерді табиғи, тірі геномдық репозиторийлерді құру үшін де пайдалануға болады, онда біздің планетамыздың генетикалық мұрасындағы түрлерді ықтимал ластанудан оқшаулауға, бақылауға және статикалық және сандық геномдық репозиторийлермен бірге қорғауға болады.

Бірақ сөзбе-сөз оқшаулау жауапты биологиялық дизайнды білдіреді - және көптеген адамдар білуі мүмкін, қазіргі биоинженерия сахнасында бәрі бірдей жауапты емес. Синтетикалық биологияның құралдары мен әдістері барған сайын көбірек адамдар үшін қол жетімді бола бастағанда, біз жауапсыздықтың көбеюін елестете аламыз. Бұл жаңа мәселелер жинағын және ұсынылған шешімдердің жаңа жиынтығын тудырады.

Геномды сақтау және генетикалық қалпына келтіру

Табиғи саябақтың үстіне баспана салу практикалық емес. Біз планетамыздың генетикалық мұрасын оқшауланған және қорғалған тірі, статикалық және цифрлық геномдық репозиторийлер арқылы қорғай алатын болсақ та, планетаның қалған бетін жаңа организмдердің әсеріне қалдыру жақсы идея болмауы мүмкін.

Ашық аймақтарда біз белгілі бір генетикалық күйде сақтағымыз келеді - бұл табиғи немесе синтетикалық күйде болсын - бізге гендерді кез келген ағзаға жылдам ретке келтіретін, талдайтын, өңдейтін және қайта енгізетін құралдарды әзірлеу керек болады. Жабайы табиғат қорықтарында орын алып жатқан жағдайға ұқсас тұрақты бақылауды генетикалық ластану үшін организмдердің сынамаларын алу және қажетсіз гендермен жұқтырылғаны анықталса, оларды «генетикалық қалпына келтіру» процесі арқылы жүргізу арқылы толықтыруға болады.

Генетикалық жағдайларды немесе ауруларды жою үшін организмнің ДНҚ-сы қайта жазылатын гендік терапияға ұқсас, генетикалық қалпына келтіру қорғалған организмдердің ықтимал жұқтырылған генетикалық кодын үнемі қайта жазуға арналған. Бақылау, өңдеу және қайта жүктеу автоматты түрде орындалатын және тек нүктелік тексеруді қажет ететін процесс өте қолайлы болар еді.

Сондай-ақ мұндай құралдар адамдарды бізге зиян келтіруге арналған синтетикалық вирустардан немесе синтетикалық организмдерден күтпеген ластанудан қорғауды қамтамасыз ете алады. Ол сондай-ақ өз геномдарымыздағы генетикалық ластануды анықтау және оларды түпнұсқа геномымыздың сақталған көшірмесімен қайта жазу арқылы жұмыс істейтін болады.

Бүгінгі таңда ақпараттық технологиялар мен интернет туралы ойланыңыз. Бұл көптеген қауіп-қатерлері бар сандық орталардың жарқын гобелені, бірақ жұмыс істеуге, қарым-қатынас жасауға, үйренуге және көңіл көтеруге ұмтылатын ықтимал қиындықтар туғызушылар мен қоғамның қалған бөлігі арасында таңқаларлық функционалдық тепе-теңдік бар. Қауіпті аймақтар бар, басқалары қол жетімді, бірақ белсенді түрде бақыланады және зияннан қорғалады, ал басқалары толығымен қамтылған және қорғалған.

Техникалық деңгейде, бір компьютерге вирус жұққанда, оны түзету үшін бірнеше қадамдар жасалуы мүмкін. Ең нашар жағдайда, бізде қатты дискіні қайта жазу және қайта бастау үшін пайдалануға болатын әрқашан маңызды амалдық жүйесі бар сақтық көшірме «қалпына келтіру ықшам дискісі» бар. Істер дұрыс болмаса, бізде барлық файлдардың сақтық көшірмелері болуы керек. Кейбіреулер күткен апат ретінде елестетуі мүмкін нәрсе көбінесе қолайсыздықпен аяқталады.

Біз ақпараттық технологиялардың осы аспектілері мен олардың синтетикалық биологияның дамып келе жатқан саласы бойынша ұсынылған аналогтары арасындағы айқын параллельдерді көре аламыз. Адамдар «қоршаған ортаны босатуға» қатысты ең жаманынан қорқады. шындық біздің бар IT инфрақұрылымымызға ұқсайтын шығар. Біз табиғи генетикалық мұрамызды сақтай аламыз және болашақ синтетикалық экожүйелердің мүмкіндіктерін, артықшылықтарын және ықтимал тұзақтарын зерттей аламыз - егер біз қатысты тәуекелдерді басқарудың тиісті құралдары мен әдістерін әзірлесек, салыстырмалы түрде қауіпсіз.

Ең бастысы, қорқынышты сейілту үшін адамдардың синтетикалық биологияның барлық аспектілері бойынша білім алуын және осы жаңа сауда құралдарына қол жеткізуін қамтамасыз ету. Адамдар бұл технологияның екі қырлы сипатын түсінеді және технологияны қорқудың және кедергі жасаудың орнына жауапкершілікті және өздерінің және олардың қауымдастықтарының ең жақсы мүдделері үшін пайдаланылуын қамтамасыз етуде тікелей рөл атқарады.


Бөтен экстремофильдерді іздеу басталды (Кавли Q+A)

Линдси Бортвик, The Kavli қорының жазушысы және редакторы осы мақаланы Space.com сайтына енгізді. Сарапшылардың дауыстары: Оп-Эд және Инсайттар.

Жердегі ең экстремалды микробтар, соның ішінде радиоактивті металдарды жейтін, радиацияның өлімге әкелетін дозаларына шыдайтын және планетаның ең құрғақ шөлінде өсіп-өнетін бактерияларды қоса алғанда, өзінше таң қалдырады. Бірақ бұл ғалымдарға басқа әлемдерде өмір сүру үшін аң аулау туралы үйрететін нәрсе, бұл олардың ең маңызды мұрасы болуы мүмкін.

Бұл іздеу гипотетикалық емес. NASA ғалымдары Марс пен Сатурнның мұзды серігі Энцеладқа миссияларды жоспарлап отыр, олар сол әлемдердегі тіршіліктің нақты дәлелдерін бере алады. Бірақ оған жету үшін зерттеу топтары алдымен қайда қарау керектігін және өмірдің қандай белгілерін нысанаға алу керектігін нақты шешуі керек.

Дәл осы жерде «экстремофильдер» деп аталатындар және олар мекендейтін қатал орталар енеді. Олар ғалымдар одан тыс жерлерде не ашқысы келетінін зерттеу үшін Жердегі тірі зертханалар ретінде қызмет етеді.

Кавли қоры микробтарды және жерүсті тіршілікті іздеуді талқылау үшін үш көрнекті астробиологты біріктірді. Бұл микробиома, топырақтан адам ағзасына дейінгі жердің әртүрлі орталарында мекендейтін микроорганизмдер туралы үш бөлімнен тұратын дөңгелек үстел отырысының екінші бөлігі. Бірінші бөлім, «Ішектегі микробтар миға әсер ете ала ма?», ішек микробиомасының адам мінез-құлқы мен ми денсаулығына қалай әсер ететінін ашты.

Төменде Жерден тыс экстремофильдерді іздеудегі соңғы жаңалықтар туралы дөңгелек үстел берілген, онда:

Стивен Беннер, Гейнсвиллдегі, Флоридадағы коммерциялық емес зерттеу ұйымының қолданбалы молекулалық эволюция қорының президенті және құрметті қызметкері. Беннер зертханада өмір сүру үшін балама құрылыс блоктарын жасау және бұл білімді астробиологияда қолдану үшін жұмыс істейді.

Джоселин ДиРуджоро, Балтимордағы Джонс Хопкинс университетінің биология кафедрасының доценті және университеттің планеталар мен тіршілік институтының мүшесі. Ол микроорганизмдердің экстремалды ортаға қалай бейімделетінін және бұл бізге басқа планеталарда өмір іздеу туралы не үйрететінін зерттейді.

Кристофер Маккей Сан-Хосе (Калифорния) жанындағы NASA Ames зерттеу орталығының ғарыштық ғылым және астробиология бөлімінің аға ғалымы, ол жердегі Марс тәрізді орталардағы тіршілікті зерттейді және басқа әлемдерге астробиологиялық миссияларды жоспарлайды.

Төменде 2014 жылғы 12 қаңтарда телекөпір арқылы өткен дөңгелек үстел отырысының өңделген стенограммасы берілген. Қатысушыларға өз ескертулерін түзету немесе өңдеу мүмкіндігі берілді. Алдында дөңгелек үстел өтті 28 қаңтарда МакКэй мен ДиРудгиеромен болған веб-трансляция.

Кавли қоры: Жердің ең экстремалды орталарында мекендейтін микробтарды зерттеу біздің өмірдің шектері туралы білімімізді кеңейтуге көмектесті. Джоселин, соңғы жылдары бұл шекаралар қалай өзгерді?

Джоселин Диругджеро: Біз бұл шекараларды төтенше суық, жылу, рН және қысым сияқты төтенше экологиялық жағдайларға байланысты итермелеп жатырмыз. Бірақ біз сонымен қатар қоректік заттар [мазмұны] өте төмен орталарда көп зерттеулер жүргізіп жатырмыз. Микроорганизмдер энергия көздерін табуда өте креативті. Мысалы, Оңтүстік Африкадағы алтын кенішінің тереңінен табылған бактерия бар, ол энергияны уранның радиоактивті ыдырауынан алады. Біз сондай-ақ Антарктиданың өте суық көлдерінде организмдерді таптық, мұнда ешқандай энергия көзі жоқ, бірақ олар жол табады. Бұл маңызды, өйткені біз күн жүйесіндегі басқа планеталарда немесе басқа жерлерде қандай басқа энергия көздері болуы мүмкін екенін білмейміз. [Суықты жақсы көретін бактериялар Марстағы өмір туралы анықтамалар ұсынады]

Кристофер МакКэй: Джоселин жұмыс істеген NASA дәл қазір қызықтыратын саланың бірі - микроорганизмдердің радиациялық зақымдануды қалпына келтіру қабілеті. Мен үшін бұл ең қызықты және таң қалдыратын экстремалды мүмкіндіктердің бірі және радиация деңгейі жоғары ғарышқа шығу үшін өте маңызды. Жерде мұндай орта болмаған кезде, бұл организмдердің радиацияның өте жоғары дозаларына неліктен төтеп бере алатынын түсіну мүмкін емес.

TKF: Неліктен бұл Жермен байланысқан түрлер радиацияға төзімділікті дамытты?

Дж.Д.: The idea is that those organisms are adapted to desiccation and that that adaptation also helps them resist radiation because the damage to cells is very similar.

Steven Benner: Radiation causes damage to DNA by way of specific molecules, in particular, reactive oxygen species. These are created by radiation of many kinds, some coming from above, such as cosmic rays, and some from rocks, such as the decay of radioactive minerals. It makes little difference what the source of the energy is to create those reactive species.

So while it's true that organisms living deep in the Earth are not exposed to the high-energy radiation found when you travel between planets, or more hypothetically between stars, the systems that cells have evolved to repair damage done by reactive oxygen species will be useful whether they arise from rocks or from cosmic rays.

C.M.: As you've heard from Steve and Jocelyne, the story that is emerging is that organisms on Earth face one kind of danger and build a shield against it, and then that shield proves to be useful against other hazards, which may not be present on Earth but generate related challenges to the organism's survival and in their chemistry.

S.B.: One of the most remarkable things that comes from this work on extreme microbes is that in all of the niches on Earth where Chris has looked for life &mdash and he's certainly been looking among the farthest and broadest &mdash you find that "life found a way": The basic chemistry that got life started has managed to adapt to fill whatever hazards exist in those niches. That's still correct, right, Chris?

C.M.: Иә ол сондай. And even more surprising is that the life forms we find in all these diverse and unusual places are all on the same tree of life. We haven't yet, to my disappointment, found an isolated, obscure, little niche with organisms on it that are completely different and would be candidates for a different type of life.

S.B.: Chris, what are the chances that you would recognize those as living organisms?

C.M.: That's the rub. We might not recognize them even if they were there.

TKF: I'll come back to that point, but first, can you tell me what technological changes have enabled the discovery of so many new forms of microbial life?

J.D.: It's the molecular tools that we can now use to explore microorganisms in the environment. Before the invention of these tools we had to rely on our ability to grow, or culture, these organisms in the lab. But now, just by looking at some of their DNA, we can identify what they might be, and then if we sequence some of their genomes we can even get an idea of what type of adaptations they have to a particular environment.

C.M.: What Jocelyne just said is fundamentally important. Literally 99 percent of what's out there wasn't being counted before, when we had only culture-dependent methods of identifying microorganisms. It's like looking in a room and seeing only one person in there until you turn on the lights and realize there are actually 100 people. That's roughly the change that these tools have caused. It may be even more than 100-fold, right, Jocelyne?

J.D.: Yes. We're getting to what we call the "rare biosphere" &mdashmicroorganisms that are in such low abundance that we couldn't find them or cultivate them before, yet sometimes they are essential to their communities because they carry out specific functions that other members do not. It's very exciting.

TKF: "Follow the water" has been the mantra of the scientific search for extreme microbes. But Jocelyne and Chris, your research has shown that microbes can eek out an existence in the driest place on Earth, Chile's Atacama Desert. Олар мұны қалай жасайды?

J.D.: When we looked at the Atacama's soil we found very few microorganisms and they were dormant most of the time. But what Chris and others first discovered, and then what I did more molecular studies on, are rocks. We call these rocks our "islands of life in the desert."

The microorganisms take refuge inside rocks, which protect them against extreme environmental conditions such as UV radiation and temperature. Rocks also retain water. So the microorganisms' secret is finding refuge where they can be protected and access the last teeny bit of remaining water in the desert. ['Whale Rock' on Mars Shows Signs of Ancient Lake (Photo ) ]

C.M.: In dry deserts in the Atacama, the Sahara, the Namib and Antarctica, it takes us a while to figure out where the water is. But when we figure it out, the organisms are there. They followed the water before us.

S.B.: Chris, are you still of the opinion that if there is no water to be found, there'll be no life, full stop?

C.M.: Yes. Nothing grows or reproduces when the water activity falls below some pretty high value, actually. It's not like phosphorus or other nutrients where organisms can adapt strategies to work with less and less and less. Microorganisms need surprisingly wet conditions.

S.B.: So there's another limit to the chemistry that we all share.

J.D.: But the advantage of microorganisms, at least some of them, is that they can be desiccated for a long period of time and resume metabolic activity when water is available.

TKF: The human body plays host to about 10,000 different kinds of microorganisms. Jocelyne, how big are the microbial communities that you study in the Earth's most extreme environments?

J.D.: In the Atacama, we can find a few hundred species, but there are four or five dominant ones, and then a long list of very rare microorganisms that are cohabiting and might just be waiting for a better time to take over and start growing. So there are many fewer than you find in garden soil or in the human gut.

TKF: Chris, what has all this research taught you about how to search for life on other planets or moons?

C.M.: It tells us that we have to think like a microorganism especially when it comes to water. And that translates into an appreciation that the amount of water can change from one place to the next on a very small scale. In the Atacama, as Jocelyne pointed out, the soils can be extremely dry and lifeless in one place and then right next to that may be a rock that's soaking up water and supporting life.

The picture that we often have of life is as a big lawn spread uniformly over the hillside. Whereas in extreme environments, what we actually see is tiny niches that these microorganisms have found to exploit, and so we have to think that way when we search, particularly on Mars, for evidence of life or evidence of past life.

S.B.: But keep in mind that the environments that we call extreme on Earth are actually rather mild compared to the environments where you might go looking for life in the solar system. A couple of days ago it was warmer on Mars than it was in Minnesota, but Mars is overall colder than Earth, as are Jupiter and Titan, the largest moon of Saturn. At some point the temperature drops to the point that alternative liquids, such as the liquid hydrocarbons we find in Titan's seas, become conceivable substitutes for water.

We are exploring in the laboratory molecules that might support life in these environments, which are from our perspective far more extreme than any here on Earth. We're asking whether general principles that are not unique to life in Earth-like environments might guide our search for life that lives in very different environments.

For example, as Jocelyne's work shows, microorganisms very often manage difficult problems in adaptation by forming communities. That might very well be a general principle for life regardless of the underlying chemistry. And it is something that can we learn about by looking at life on Earth.

TKF: Steve, is that tendency to form communities a property that we could take advantage of to search for signs of life in other worlds?

S.B.: Дұрыс. There's no real reason why the chemical particulars of our proteins and nucleic acids, which are almost certainly in part a reflection of an historical accident, will be universal to life on Titan, or in Klingon life or life on Vulcan, right? So we need to think about what is universal to biology, regardless of its underlying chemistry. Certainly Darwinian evolution is universal, and some management of information associated with that would presumably be universal as well.

TKF: Can we search for these universals?

C.M.: Take a meta-look at life?

C.M.: It's very hard to do. My job is to fly to other worlds and I need to create instruments to search for life on those worlds. How do I create an instrument that detects information and the ability of a system to record information and change in response to its environment? We don't have good answers to that. The one thing that we've come up with is that life on Earth uses molecules with a certain handedness, or orientation. Using a metaphor, life on Earth drives on the left side of the road. And that may be a powerful tool.

S.B.: One could also look for metabolism signatures. If I examine a sample of the juice extracted from you, I will see a defined list of chemical compounds that have structural relationships between each other, reaction mechanisms that will convert one compound to the other and so on, and an energetic relationship between them as well. These are the signatures of an organized metabolism, and of life, no matter what the molecules that participate in that metabolism are.

TKF: Okay, so what signs of life, or biosignatures, should we be striving to detect and are within our grasp technologically?

C.M.: It's funny you ask because I'm giving a talk tomorrow in which I try to answer the question, If we do a mission to Enceladus, one of Saturn's moons, what should we look for? Enceladus has everything that we would have on our checklist for a habitable environment, including a plume of water vapor with organic material. If we were to fly through its plume, and we're proposing to do so, I'd suggest that the best molecules to measure are amino acids, the building blocks of proteins, because: one, we know how to measure them two, there's lots of them and they occur naturally in the solar system, so we could expect them to be there and three, life on Earth has made specific choices in amino acids. It uses a set of just 20 amino acids to build proteins, and those amino acids are all left-handed.

But work by people like Steve Benner and others has shown that life could be based on amino acids other than that set of 20, and it could be based on another handedness, or orientation. If we fly through the plume of Enceladus, measure amino acids and find a bunch of them that all have the same handedness, even if they are different amino acids than the ones that support life on Earth, that would be very convincing evidence of a different type of life. Not fundamentally different like silicon-based life, but different enough that we would be sure that is doesn't represent a common origin with life on Earth.

S.B.: I think Chris is on point here. Amino acids are extremely good ways of putting together functional molecules. It would surprise me to encounter a life form that works in water and is carbon-based, but that does not use the assembly of amino acids in some way. Amino acids are found all over the place, including in meteorites where they presumably originated without biology. So if Chris were to find amino acids in the plume of Enceladus, the challenge becomes determining whether they are the product of a biological process.

If he were to find that they're all the same hand, that would be convincing, because that's what makes the protein evolvable. And we happen to believe that a higher-level biosignature is the ability to use Darwinian evolution to get the function out of functionless matter.

J.D.: If you're flying through the plume on Enceladus, then amino acids are a great idea. But if you're digging in the soil of Mars, you want to look at other types of molecules like forms of lipids, or fats, that resist degradation. If you're looking at the atmosphere of exoplanets where we can't go, then you're going to have to look for different types of gases, such as oxygen. So, the question is really where are you looking and then what can you look for?

TKF: Chris, you've mentioned Enceladus and Mars. But what are the best candidates in our solar system for life and why?

C.M.: I would list them as number one, Enceladus, because of its plume. Number two, Mars and Europa. Mars because of evidence that it once had water, and it's such an Earth-like world in terms of the diversity of the surface environments. And Europa because it's clearly got a large ocean underneath the ice and tidal heating, which keeps its water liquid. Then in category three, I would put Titan, not because it has water but because it's got another liquid at the surface. And it's the only world besides Earth that has beaches where liquid comes up on shore, and that, as Steve was one of the first to point out, could be a liquid used for life. In the fourth category would be the other small worlds of the solar system like Ceres and asteroids and comets, which have tantalizing hints of water activity but no clear evidence of it yet. In the bottom category are Venus and Mercury, places that I wouldn't go to if they paid me.

TKF: Has there been a particular discovery in the past year that has raised your hopes that we'll find evidence of extraterrestrial life, past or present?

C.M.: For me, the most inspiring news was the discovery of Kepler 186f, which is the first Earth-sized planet in a habitable zone of a small star, and I think that is a benchmark in the notion that there could be life on other worlds. Jocelyne mentioned that one way to search for life is by looking for oxygen in the atmosphere of a world. That's something we can apply to this planet. We can't yet, because the telescopes aren't big enough, but we will.

J.D.: I agree that the very large number of exoplanets is very exciting. But it's a bit like having a candy that you can't eat because we can't do the follow-up experiments to look for signs of life. So that's the issue for me.

S.B.: What is Chris's excitement is our headache, because following the discovery of an Earth-like exoplanet, the problem gets kicked back to us. We get asked: What can you observe from a g-r-e-a-t distance that would be definitive evidence or even suggestive evidence of biology on this very, very interesting extrasolar planet?

C.M.: True, we don't have the technology to look at the atmosphere of Kepler 186f. It is 500 light-years away. But the astronomers know what they would like to build to do that. So I predict that in 10 years we will have detected oxygen in Earth-size planets around Sun-like stars.

S.B.: I have frequently bet against the technological capability of the astronomers. Then, usually within 12 to 18 months, they've turned around and surprised me.

Let me give you an alternative prediction, however. In the next five years, I think we will see the generation of laboratory versions of self-replicating "Darwinian" systems. These artificial "life forms" will be based on chemistry that is inspired by the Earth's biology but sufficiently different that they are recognizably not descendants of a common ancestor of you and me. It's going to be an alternative life form that is able to evolve, adapt and reproduce like natural life, but differently. It will give us a new perspective of life as a general phenomenon, independent of the one example of life that we see on Earth.

Of course people will say, "Well, as a chemical synthetic product it's not likely to be anything specifically found on Earth or on an exoplanet." But it will be a second example of life, and I think that the study of that will be most informative about life in general.

J.D.: I agree that the astronomers are making huge progress. So my question to you, Chris, is where do we have the best chance of finding life in the next 10 or 20 years: inside or outside of our solar system?

C.M.: I see a race with three horses in it: the discovery of oxygen on other planets, organics on Mars or Enceladus, and the second genesis created in the laboratory by Steve Benner and his friends. One of those three might succeed in the next 10 years. The horse I'm riding is Enceladus and Mars, but all three of them are moving ahead quickly. I think it's pretty cool.

TKF: Bringing things back to microbes, do you think that when we find life beyond the Earth, it will be microbial?


Defining Zoology

Biological life on planet Earth is undoubtedly immense and the subject that studies it - biology - is such a vast area of study that no graduate in the subject could hope to understand all of it. Increasingly, biology graduates are looking for ways to find their niche early and focus on one specific area. One of those vital areas of biology is called zoology. This is the study of animal life (1). It is so vast that it's broken down into many other sub-areas. Regardless of niche, zoologists examine many areas of animal life, covering such varied areas as animal anatomy, ecology, fetal development, their evolution (and common ancestors with similar animals in the same family or order and those related), distribution and habits, diet, and place in the food chain. But zoology is not just limited to living animals some areas examine extinct species. Others are interested in how animals interact with humans.

As with many scientific disciplines, the term “zoology” comes from ancient Greek through Latin (2). “Zōion” - shortened to “zoo” simply means “animal”. The second part of the word “ology” comes from “logos” which means study, learning, or knowledge. The older Latin term for the phrase was “Zoologia”. Zoologists may take an interest in a specific order, family or genus, or take an interest in one specific species or one aspect of that species life.


Effects of Temperature

When the exploration of Lake Whillans started in Antarctica, researchers did not expect to find much life. Constant subzero temperatures and lack of obvious sources of nutrients did not seem to be conditions that would support a thriving ecosystem. To their surprise, the samples retrieved from the lake showed abundant microbial life. In a different but equally harsh setting, bacteria grow at the bottom of the ocean in sea vents (Figure (PageIndex<1>)), where temperatures can reach 340 °C (700 °F).

Microbes can be roughly classified according to the range of temperature at which they can grow. The growth rates are the highest at the optimum growth temperature for the organism. The lowest temperature at which the organism can survive and replicate is its minimum growth temperature. The highest temperature at which growth can occur is its maximum growth temperature. The following ranges of permissive growth temperatures are approximate only and can vary according to other environmental factors.

Organisms categorized as mesophiles (&ldquomiddle loving&rdquo) are adapted to moderate temperatures, with optimal growth temperatures ranging from room temperature (about 20 °C) to about 45 °C. As would be expected from the core temperature of the human body, 37 °C (98.6 °F), normal human microbiota and pathogens (e.g., E. coli, Сальмонелла spp., және Лактобактерия spp.) are mesophiles.

Organisms called psychrotrophs, also known as psychrotolerant, prefer cooler environments, from a high temperature of 25 °C to refrigeration temperature about 4 °C. They are found in many natural environments in temperate climates. They are also responsible for the spoilage of refrigerated food.

Clinical Focus- Resolution

болуы Листерия in Jeni&rsquos blood suggests that her symptoms are due to listeriosis, an infection caused by L. monocytogenes. Listeriosis is a serious infection with a 20% mortality rate and is a particular risk to Jeni&rsquos fetus. A sample from the amniotic fluid cultured for the presence of Листерия gave negative results. Because the absence of organisms does not rule out the possibility of infection, a molecular test based on the nucleic acid amplification of the 16S ribosomal RNA of Листерия was performed to confirm that no bacteria crossed the placenta. Fortunately, the results from the molecular test were also negative.

Jeni was admitted to the hospital for treatment and recovery. She received a high dose of two antibiotics intravenously for 2 weeks. The preferred drugs for the treatment of listeriosis are ampicillin or penicillin G with an aminoglycoside antibiotic. Resistance to common antibiotics is still rare in Листерия and antibiotic treatment is usually successful. She was released to home care after a week and fully recovered from her infection.

L. monocytogenes is a gram-positive short rod found in soil, water, and food. It is classified as a psychrophile and is halotolerant. Its ability to multiply at refrigeration temperatures (4&ndash10 °C) and its tolerance for high concentrations of salt (up to 10% sodium chloride [NaCl]) make it a frequent source of food poisoning. Өйткені Листерия can infect animals, it often contaminates food such as meat, fish, or dairy products. Contamination of commercial foods can often be traced to persistent biofilms that form on manufacturing equipment that is not sufficiently cleaned.

Listeria infection is relatively common among pregnant women because the elevated levels of progesterone downregulate the immune system, making them more vulnerable to infection. The pathogen can cross the placenta and infect the fetus, often resulting in miscarriage, stillbirth, or fatal neonatal infection. Pregnant women are thus advised to avoid consumption of soft cheeses, refrigerated cold cuts, smoked seafood, and unpasteurized dairy products. Өйткені Листерия bacteria can easily be confused with diphtheroids, another common group of gram-positive rods, it is important to alert the laboratory when listeriosis is suspected.

The organisms retrieved from arctic lakes such as Lake Whillans are considered extreme psychrophiles (cold loving). Psychrophiles are microorganisms that can grow at 0 °C and below, have an optimum growth temperature close to 15 °C, and usually do not survive at temperatures above 20 °C. They are found in permanently cold environments such as the deep waters of the oceans. Because they are active at low temperature, psychrophiles and psychrotrophs are important decomposers in cold climates.

Figure (PageIndex<4>): A black smoker at the bottom of the ocean belches hot, chemical-rich water, and heats the surrounding waters. Sea vents provide an extreme environment that is nonetheless teeming with macroscopic life (the red tubeworms) supported by an abundant microbial ecosystem. (credit: NOAA)

Organisms that grow at optimum temperatures of 50 °C to a maximum of 80 °C are called thermophiles (&ldquoheat loving&rdquo). They do not multiply at room temperature. Thermophiles are widely distributed in hot springs, geothermal soils, and manmade environments such as garden compost piles where the microbes break down kitchen scraps and vegetal material. Examples of thermophiles include Thermus aquaticus және Геобацилли spp. Higher up on the extreme temperature scale we find the hyperthermophiles, which are characterized by growth ranges from 80 °C to a maximum of 110 °C, with some extreme examples that survive temperatures above 121 °C, the average temperature of an autoclave. The hydrothermal vents at the bottom of the ocean are a prime example of extreme environments, with temperatures reaching an estimated 340 °C (Figure (PageIndex<4>)). Microbes isolated from the vents achieve optimal growth at temperatures higher than 100 °C. Noteworthy examples are Pyrobolus және Пиродиктиум, archaea that grow at 105 °C and survive autoclaving. Figure (PageIndex<5>) shows the typical skewed curves of temperature-dependent growth for the categories of microorganisms we have discussed.

Figure (PageIndex<5>): The graph shows growth rate of bacteria as a function of temperature. Notice that the curves are skewed toward the optimum temperature. The skewing of the growth curve is thought to reflect the rapid denaturation of proteins as the temperature rises past the optimum for growth of the microorganism.

Life in extreme environments raises fascinating questions about the adaptation of macromolecules and metabolic processes. Very low temperatures affect cells in many ways. Membranes lose their fluidity and are damaged by ice crystal formation. Chemical reactions and diffusion slow considerably. Proteins become too rigid to catalyze reactions and may undergo denaturation. At the opposite end of the temperature spectrum, heat denatures proteins and nucleic acids. Increased fluidity impairs metabolic processes in membranes. Some of the practical applications of the destructive effects of heat on microbes are sterilization by steam, pasteurization, and incineration of inoculating loops. Proteins in psychrophiles are, in general, rich in hydrophobic residues, display an increase in flexibility, and have a lower number of secondary stabilizing bonds when compared with homologous proteins from mesophiles. Antifreeze proteins and solutes that decrease the freezing temperature of the cytoplasm are common. The lipids in the membranes tend to be unsaturated to increase fluidity. Growth rates are much slower than those encountered at moderate temperatures. Under appropriate conditions, mesophiles and even thermophiles can survive freezing. Liquid cultures of bacteria are mixed with sterile glycerol solutions and frozen to &minus80 °C for long-term storage as stocks. Cultures can withstand freeze drying (lyophilization) and then be stored as powders in sealed ampules to be reconstituted with broth when needed.

Macromolecules in thermophiles and hyperthermophiles show some notable structural differences from what is observed in the mesophiles. The ratio of saturated to polyunsaturated lipids increases to limit the fluidity of the cell membranes. Their DNA sequences show a higher proportion of guanine&ndashcytosine nitrogenous bases, which are held together by three hydrogen bonds in contrast to adenine and thymine, which are connected in the double helix by two hydrogen bonds. Additional secondary ionic and covalent bonds, as well as the replacement of key amino acids to stabilize folding, contribute to the resistance of proteins to denaturation. The so-called thermoenzymes purified from thermophiles have important practical applications. For example, amplification of nucleic acids in the polymerase chain reaction (PCR) depends on the thermal stability of Так polymerase, an enzyme isolated from T. aquaticus. Degradation enzymes from thermophiles are added as ingredients in hot-water detergents, increasing their effectiveness.

  1. What temperature requirements do most bacterial human pathogens have?
  2. What DNA adaptation do thermophiles exhibit?
  3. Some hyperthermophiles can survive autoclaving temperatures. Are they a concern in health care?

Feeding the World. and the World's Algae

Artificial fertilizers have become an important tool in food production around the world. They are responsible for many of the gains of the so-called green revolution of the 20th century, which has allowed the planet to feed many of its more than 7 billion people. Artificial fertilizers provide nitrogen and phosphorus, key limiting nutrients, to crop plants, removing the normal barriers that would otherwise limit the rate of growth. Thus, fertilized crops grow much faster, and farms that use fertilizer produce higher crop yields.

However, careless use and overuse of artificial fertilizers have been demonstrated to have significant negative impacts on aquatic ecosystems, both freshwater and marine. Fertilizers that are applied at inappropriate times or in too-large quantities allow nitrogen and phosphorus compounds to escape use by crop plants and enter drainage systems. Inappropriate use of fertilizers in residential settings can also contribute to nutrient loads, which find their way to lakes and coastal marine ecosystems. As water warms and nutrients are plentiful, microscopic algae bloom, often changing the color of the water because of the high cell density.

Most algal blooms are not directly harmful to humans or wildlife however, they can cause harm indirectly. As the algal population expands and then dies, it provides a large increase in organic matter to the bacteria that live in deep water. With this large supply of nutrients, the population of nonphotosynthetic microorganisms explodes, consuming available oxygen and creating &ldquodead zones&rdquo where animal life has virtually disappeared.

Depletion of oxygen in the water is not the only damaging consequence of some algal blooms. The algae that produce red tides in the Gulf of Mexico, Karenia brevis, secrete potent toxins that can kill fish and other organisms and also accumulate in shellfish. Consumption of contaminated shellfish can cause severe neurological and gastrointestinal symptoms in humans. Shellfish beds must be regularly monitored for the presence of the toxins, and harvests are often shut down when it is present, incurring economic costs to the fishery. Cyanobacteria, which can form blooms in marine and freshwater ecosystems, produce toxins called microcystins, which can cause allergic reactions and liver damage when ingested in drinking water or during swimming. Recurring cyanobacterial algal blooms in Lake Erie (Figure (PageIndex<6>)) have forced municipalities to issue drinking water bans for days at a time because of unacceptable toxin levels.

This is just a small sampling of the negative consequences of algal blooms, red tides, and dead zones. Yet the benefits of crop fertilizer&mdashthe main cause of such blooms&mdashare difficult to dispute. There is no easy solution to this dilemma, as a ban on fertilizers is not politically or economically feasible. In lieu of this, we must advocate for responsible use and regulation in agricultural and residential contexts, as well as the restoration of wetlands, which can absorb excess fertilizers before they reach lakes and oceans.

Figure (PageIndex<6>): Heavy rains cause runoff of fertilizers into Lake Erie, triggering extensive algal blooms, which can be observed along the shoreline. Notice the brown unplanted and green planted agricultural land on the shore. (credit: NASA)


Бейнені қараңыз: Жаратылыстану 5 - сынып Жасанды және табиғи экожүйелер (Мамыр 2022).