Какие функции выполняют бактерии в природных сообществах?

Бактерии — один из “двигателей” экосистем. В природных сообществах они выполняют целый спектр функций, от производства органики до её минерализации и регуляции химических циклов.

• Редуценты (разложение органики). Расщепляют отмершие растения и животных, хитин, целлюлозу, лигнин, хитозан и пр., переводя сложные полимеры в простые соединения (CO₂, NH₄⁺, фосфаты, сульфаты). Тем самым замыкают круговороты веществ и возвращают элементы в почву и воду.

• Первичное производство без света и с ним.

  • Фотосинтезирующие цианобактерии фиксируют CO₂ и выделяют O₂, участвуя в образовании первичной продукции в воде и почве (в т.ч. биоплёнки, матовые ковры).

  • Хемолитотрофы (нитрифицирующие, серо-, железо- и водородокисляющие бактерии) получают энергию, окисляя неорганические соединения, и могут выступать как автотрофные производители в экстремальных местообитаниях (гидротермы, бедные почвы).

• Ключевые роли в биогеохимических циклах.

  • Азотный цикл: фиксация атмосферного азота (симбионты бобовых — ризобии; свободноживущие диазотрофы), нитрификация (NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻), денитрификация (NO₃⁻ → N₂O → N₂), процесс anammox (окисление аммония нитритом в анаэробных зонах).

  • Серный цикл: окисление сульфидов до сульфатов и обратное восстановление сульфатов до H₂S сульфатредуцирующими бактериями.

  • Углеродный цикл: минерализация органики до CO₂, брожения; окисление метана метанотрофами (сам метан часто образуют археи, но бактерии потребляют его, снижая потоки CH₄).

  • Фосфор, железо, марганец и др.: растворение фосфатов, окислительно-восстановительные превращения металлов, влияющие на их подвижность и доступность.

• Формирование и поддержание почвенного плодородия. Участвуют в образовании гумуса, синтезируют экзополисахариды, “склеивающие” почвенные агрегаты, улучшают структуру почвы, водоудержание и аэрацию.

• Симбиозы с растениями (PGPR — бактерии-стимуляторы роста растений). Продуцируют фитогормоны (ауксины, цитокинины), сидерофоры (улучшение усвоения железа), фермент ACC-дезаминазу (снижение стрессового этилена), подавляют фитопатогенов и повышают устойчивость растений к засухе и солёности.

• Симбиозы с животными. Кишечные микробиоты насекомых, рыб, птиц и млекопитающих переваривают сложные полимеры (целлюлозу у травоядных — вместе с другими микробами), синтезируют витамины, влияют на иммунитет и обмен веществ хозяев.

• Биоконтроль и межвидовая конкуренция. Вырабатывают антибиотики, бактерицины, лизины, сидерофоры и другие вторичные метаболиты, которые подавляют конкурентов и патогенов, тем самым структурируя микробные сообщества в почве и на листьях (филлосфера, ризосфера).

• Биодеградация и детоксикация. Разрушают природные и техногенные загрязнители (нефтепродукты, ПАУ, пестициды), восстанавливают нитраты и металлы, участвуют в биоремедиации и самоочищении водоёмов и почв.

• Образование биоплёнок и микроматриц. Создают устойчивые консорции на камнях, корнях, осадках; биоплёнки удерживают частицы, формируют микроградиенты кислорода/питательных веществ и служат субстратом для последующих поселенцев (водоросли, грибы, простейшие).

• Основание пищевых сетей микромира. Служат кормом для простейших, коловраток и другой микро- и мейофауны; в водных экосистемах участвуют в “микробной петле”, возвращая растворённую органику в классическую пищевую цепь.

• Регуляция парниковых газов. Влияют на потоки CO₂, N₂O и CH₄: денитрификаторы — источник/сток N₂O, метанотрофы — сток CH₄; итоговые эффекты зависят от условий (аэрация, pH, доступность электрон-доноров/акцепторов).

• Эволюционная “почта” экосистем. Через горизонтальный перенос генов (конъюгация, трансдукция, трансформация) ускоряют адаптацию себе и соседям, в том числе к стрессам и ксенобиотикам.

Итого: бактерии — это и производители, и консументы, и редуценты, и “инженеры среды”, которые замыкают круги элементов, поддерживают плодородие и устойчивость экосистем, влияют на климатические потоки газов и формируют основу микробных пищевых сетей.