3. Самоочищающая способность экосистем
Устойчивое развитие экосистем в условиях постоянного воздействия природных и антропогенных факторов определяется их самоочищающей способностью.
Самоочищение системы – это комплекс процессов, в результате которых восстанавливается гомеостаз системы при воздействии на нее как природных факторов, так и антропогенных.
Самоочищение систем происходит при превышении убыли загрязнения над его поступлением.
. Самоочищение в результате биологических процессов называют биологическим. На биологическое самоочищение влияет множество факторов: природа загрязнителя и его концентрация; присутствие в биоценозе адаптированных к загрязнителю (способных к окислению) организмов, почвенно-климатические условия (тип почвы, влажность, температура, степень аэрирования почвы и др.) или геометрия биотопа, солнечное освещение, скорость течения реки, химический состав воды и др. Наибольшая роль в процессах самоочищения принадлежит редуцентам (гетеротрофным микроорганизмам) и вторичным консументам (зоопланктон, мезопланктон, моллюски, ракообразные, рыбы). (растения, водоросли, фитопланктон) вносят незначительный вклад в удаление органических загрязнений. Более того, при определенных условиях в результате их деятельности возможно загрязнение среды
Для измерения интенсивности процессов самоочищения используются следующие параметры.
Степень самоочищения Sm – снижение массы загрязнителя в природной среде на определенном расстоянии или за определенное время:
где Q – расход загрязненной воды, воздуха, м 3 /с,
–концентрации вещества в начальной и конечной точках наблюдения, моль/м 3
Скорость самоочищения Sr – снижение концентрации загрязнения за единицу времени на единицу массы (объема) природной среды в единицу времени:
Важнейшей характеристикой способности экосистемы к самоочищению является показатель ее ассимиляционной емкости в отношении загрязнителя. Ассимиляционная емкость объекта окружающей среды определяется максимальным количеством загрязняющего вещества, которое за единицу времени может быть накоплено, разрушено, трансформировано или выведено за пределы экосистемы в результате совокупности процессов самоочищения без нарушения ее функционирования.
4.1 Генетическая рекомбинация микроорганизмов: трансформация, трансдукция и конъюгация.
Трансформация. Это процесс переноса генов, при котором часть ДНК клетки-донора (путем экстрагирования или при естественном лизисе клеток) может проникать в родственную бактериальную клетку-реципиент (одного вида или близкородственные виды). В результате в ДНК реципиента включаются фрагменты хромосомы ДНК донора, что приводит к изменению признаков бактерии-реципиента. Процесс можно разделить на несколько стадий:
- контакт ДНК с поверхностью клетки;
- проникновение ДНК в клетку;
- соединение трансформирующей ДНК с соответствующим фрагментом хромосомы реципиента;
- репликация включенной в хромосому новой информации.
Путем трансформации могут передаваться такие признаки, как капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, ядам и другим лекарственным веществам, синтез ферментов. Трансдукция. Это процесс переноса генетического материала от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага (рис. 28). 
Рис. 28. Схема трансдукции: 1 – проникновение фага в клетку-донор; 2,3 – образование трансдуцирующего фага; 4 – взаимодействие трансдуцирующего фага с клеткой-реципиентом; 5 – образование рекомбинанта Известны три главных типа трансдукции: общая (неспецифическая), локализованная (специфическая) и абортивная. При неспецифической трансдукции возможен перенос любого фрагмента ДНК донора, который способен включаться в гомологическую область ДНК клетки-реципиента при рекомбинации. Специфическая трансдукция – перенос определенного фрагмента ДНК донора только в определенные участки ДНК реципиента. Это обусловлено тем, что образование трансдуцирующего фага происходит в результате соединения его ДНК со строго определенными бактериальными генами, расположенными на хромосоме клетки-донора. При абортивной трансдукции принесенный фагом фрагмент хромосомы клетки-донора не включается в хромосому клетки-реципиента, а располагается в ее цитоплазме автономно и в таком виде функционирует. При делении клетки-реципиента фрагмент ДНК-донора может передаваться только одной из двух дочерних клеток. При трансдукции возможен перенос генов, контролирующих питательные особенности бактерий, их устойчивость к лекарственным веществам, ферментативную активность, наличие двигательного аппарата и др. свойства. Конъюгация (от лат conjugation – соединение). Это процесс, при котором сблизившиеся родительские клетки соединяются при помощи конъюгационных мостиков. Через эти мостики происходит обмен генетическим материалом. Конъюгация впервые была описана Дж.Ледербергом и Э.Татумом (1946) при работе с мутантами кишечной палочки. Возможность клетки стать донором определяется специфическим половым фактором F (от англ. Fertility – плодовитость), который при конъюгации переносится из одной бактериальной клетки в другую. Клетки, содержащие F-фактор («мужские») в цитоплазме, обозначаются F + ; они передают F-фактор клеткам, обозначаемым F — («женским»), не утрачивая донорской способности, так как оставляют копии F-фактора. Половой фактор F располагается в цитоплазме в виде кольцевой двунитчатой молекулы ДНК, т.е. является плазмидой. F-плазмида обусловливает образование на поверхности клетки одной или двух половых фимбрий – F-пили, способствующих соединению клеток-доноров с клетками-реципиентами (рис. 29), а также обеспечивает независимую от хромосомы репликацию собственной ДНК и образование продуктов, которые управляют переносом генетического материала как самой F-плазмиды, так и хромосомы клетки. F-плазмида обладает способностью включаться в определенные места бактериальной хромосомы и становиться ее частью – Hfr-штамм (от: Highfrequencyofrecombination – высокая частота рекомбинации). При скрещивании Hfr-штамма с F — -бактериями, как правило, F-фактор не передается, а гены хромосомы бактерии передаются с высокой частотой. 
В начале процесса конъюгации клетки-доноры F + или Hfr соединяются с клетками реципиентами (благодаря наличию F-пилей). Далее между клетками образуется конъюгационный мостик, и через него из клетки-донора в клетку реципиент передается генетический материал — F-плазмиды или хромосомы. Обычно при конъюгации передается только одна цепь ДНК-донора, а вторая цепь (комплементарная) достраивается в клетке реципиента. При конъюгации происходит только частичный перенос генетического материала, поэтому она не тождественна половому процессу у других организмов. Важными факторами генетической изменчивости являются плазмиды.
Источник
Альбомы (+ –)
З.К. Иофин
Анализ возможностей самоочищающей способности рек
Под самоочищением природных вод понимается восстановление природных свойств воды рек, озёр и других водных объектов, происходящее естественным путем (ресурсами самого водного объекта) в результате протекания физико-химических и биохимических процессов в условиях, свойственных данному водоему.
Для решения многих водоохранных задач необходима обобщенная информация о состоянии водных объектов, позволяющая комплексно оценивать как степень их загрязненности, так и способность к самоочищению. По мере усиления антропогенного воздействия на водные объекты часто соизмеримого (иногда превышающего) с их естественной способностью к самоочищению, возникли новые задачи как в области контроля, так и в управлении водными ресурсами. Стало недостаточно оценивать только качество воды, возникла необходимость анализа функционирования механизмов, обеспечивающих его формирование.
Мы предлагаем свое определение самоочищающей способности на основе химического состава воды.
В любой природной среде соблюдается баланс между приходом и расходом, на этом свойстве основана линейно-корреляционная модель водного баланса З.К. Иофина. Рассматриваемая модель представлена в виде «черного ящика», на входе которой находятся атмосферные осадки, выпадающие на речной бассейн, а на выходе – сток с этого бассейна.
Разработанная линейно-корреляционная модель была применена на реках Кубы, затем на реках России на Валдайской возвышенности. Результаты использования модели были опубликованы в трудах VI Всероссийского гидрологического съезда.
Наши исследования идут с учетом уравнения гидрохимического баланса органической составляющей в речном потоке:
ХПКбихр=ХПКперм+БПКполн+∆ХПК,
где
ХПК6ихр – бихроматная окисляемость;
ХПКперм – перманганатная окисляемость;
БПКполн – биохимическое потребление кислорода;
∆ХПК – трудноокисляемые органические соединения.
При использовании модели в гидрохимическом анализе, нами рассмотрены бихроматная и перманганантная окисляемости, характеризующие содержание органических и минеральных веществ в речной воде. Рассматривая бихроматную окисляемость, мы имеем ввиду, что её составной частью является перманганатная окисляемость. Выполняя еще одно условие линейно-корреляционной модели – образование безразмерных исследуемых величин, приняты величины бихроматной и перманганатной окисляемости, отнесенные к сумме ионов (Σи) – относительная бихроматная окисляемость (β) и относительная перманганатная окисляемость (α).
Нами было исследовано 37 рек (45 водомерных постов). На основе линейно-корреляционной модели построены графики зависимости относительной перманганатной окисляемости и относительной бихроматной окисляемости.
Самоочищающая способность рек от загрязняющих веществ, определяемых при химическом окислении, определяется следующим образом:
S0 = α(l-k)/k
где k – угловой коэффициент зависимости перманганатной от бихроматной окисляемости; α – перманганатная окисляемость (ХПКперм), отнесенная к сумме ионов (Σи).
Вычисленные значения So изменяются для рек Вологодской области в соответствии с таблицей 1.
Данный подход позволяет на основе имеющихся данных химического анализа воды, опубликованных в Водном кадастре, довольно быстро, без особых трудоемких и дорогостоящих мероприятий по проведению соответствующих наблюдений и их обработке, определить самоочищающую способность рек от органических и минеральных веществ. Следует иметь ввиду то, что предлагаемый метод рассматривает вопрос самоочищения воды рек с одной стороны, но все-таки он может являться частью характеристики водного объекта.
Источник