Биодеградация ксенобиотиков как самозащита природы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Загрязнение окружающей среды и переработка отходов — серьезные проблемы современности. Одним из лучших путей их решения является биодеградация — наиболее естественный и экологически безопасный способ уничтожения отходов цивилизации. Представленная статья ставит задачу показать, что наша биосфера всю историю своего существования находится под надежной и неусыпной охраной микробов-деструкторов, для которых самые ядовитые отходы являются лакомством. А заодно осветить возможности биодеградации.
Как грибы спасли мир
Наверное, каждый читатель знаком с понятием о круговоротах биогенных элементов — углерода, азота, фосфора, серы, железа. Слово «круговорот» указывает на замкнутость — в течение длительного времени атомы элемента в него вовлечены, и надолго из цикла не изымаются. Именно замкнутость круговоротов элементов определяет устойчивость биосферы, существующей уже несколько миллиардов лет.
Но однажды в истории нашей планеты произошел разрыв круговорота, пожалуй, самого важного для жизни элемента — углерода. Было это около 300 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде. Тогда облик планеты стремительно менялся, и появилась новая экосистема, доселе не встречавшаяся — лес (рис. 1б). Лес состоит из деревьев, а деревья производят древесину. Значительная составная часть древесины — лигнин — является гидрофобным и нерастворимым сшитым полимером оксикоричных спиртов; фактически, он представляет собой природную пластмассу (рис. 1а). Даже в наши дни он подвергается биодеградации с трудом, при помощи ферментов лакказ, продуцируемых некоторыми грибами-ксилотрофами. А в описываемое время грибы-деструкторы древесины еще не существовали. Мертвая древесина тогда не гнила, а обугливалась (подвергалась абиотической деструкции). Или все-таки гнила, но частично: тогдашние редуценты выедали целлюлозу, а лигнин в виде «бурой гнили» оставался и со временем все равно превращался в уголь. Так на месте первых лесов формировались залежи каменного угля. Процесс карбонификации древесины шел, вероятно, по той же схеме, что и на современных торфяниках: лигнин → торф → бурый уголь → каменный уголь. На каждой стадии схемы росло относительное содержание углерода в ископаемых остатках.
То есть, как раненое существо теряет кровь, так и биосфера того времени стала терять углерод. В теории, это могло привести к катастрофе. Через несколько миллионов лет значительная часть углерода из живого вещества должна была превратиться в мертвый уголь, и жизнь на Земле или полностью погибла бы, или была бы отброшена в своем развитии обратно в ранний палеозой.
Рисунок 1а. Фрагмент структуры лигнина — основы древесины и предшественника углей.
сайт www.icfar.ca.
Но этот страшный сценарий не сбылся. Появление нового пищевого ресурса открыло новую экологическую нишу, которая должна была заполниться. И со временем развились нужные грибы, необходимые ферменты и хитроумные приемы, используемые грибами для разложения лигнина без вреда для собственных тканей [1]. Конечно, формирование углей продолжается и сейчас — на сфагновых болотах и торфяниках, где создаются уникальные условия с подавлением процесса гниения. Но масштабы этого процесса уже не те, заходит он не столь далеко, останавливаясь, как правило, на стадии бурого угля. В целом круговорот углерода в биосфере снова стал замкнутым, что, в конечном итоге, привело к появлению нас с вами. Этот пример очень эффектно демонстрирует возможности биодеградации — деструкции токсичных или трудноусваиваемых веществ специализированными формами жизни…
Полный текст статьи Биодеградация ксенобиотиков как самозащита природы
Источник: https://biomolecula.ru/articles/biodegradatsiia-ksenobiotikov-kak-samozashchita-prirody
