Hvor går fosfor • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elements" • Geokemi, Økologi

Hvor går fosfor

Fluorescens-røntgenmikrograf og fluorescensspektrum af sediment fra fosforrige områder i British Columbia. Sedimentær fosfor (den røde) ses som en særskilt, ikke-ensartet fordelt partikel af submikronstørrelse mod baggrunden af ​​relativt homogent sedimentært aluminium (blå) og magnesium (grøn). Baseret på egenskaberne ved røntgenspektroskopi med høj opløsning viste ca. halvdelen af ​​prøverne fra de 147 undersøgte fosforrige områder sig at indeholde polyphosphater og de andre halvapatitter. Billede fra artiklen i diskussionVidenskab

Amerikanske forskere, der fastslog den kvalitative og kvantitative sammensætning af fosforkomponenterne i havsediment og plankton, fandt ud af mekanismerne for fosforaflejring under naturlige forhold. De viste, at fosfor – det vigtigste element i livet – fjernes fra omsætning med deltagelse af mikroorganismer. Således blev hypotesen om den biogene dannelse af phosphataflejringer bekræftet.

Fosfor er et af de vigtigste "elementer i livet". Sammen med svovl, jern og kalium bestemmer dets tilstedeværelse muligheden for at leve i visse levende organismer.Hvis der er lidt fosfor i mediet, så kan ingen organisme vokse; fosforbegrænsning reducerer primærproduktionen (se også primærproduktion), hvilket betyder et fald i biomassen for hele trofekæden. For at forstå miljøets produktionsevne skal man være opmærksom på fosfordebiteringen og krediten, det vil sige, hvordan fosforcyklussen er arrangeret i en bestemt situation. Fosfor kommer ind i miljøet fra jordens indre med underjordiske væsker og vulkansk aktivitet. Yderligere, i form af phosphater (derivater af phosphorsyre), anvendes den af ​​levende organismer. Fosfor af døde organiske stoffer kan vende tilbage til cyklen, men omdannes til et uopløseligt phosphatfældat. Sedimentets sammensætning er uopløselige calcium- og mangansalte (apatitter). Og det er endda muligt at ikke nævne, at apatitter er de vigtigste mineralressourcer, der giver kemisk industri og landbrug med råvarer.

Udviklingen af ​​biota på et eller andet sted afhænger af forholdet mellem fosforindtaget og dets afsætning. Estimering af mængden af ​​fosforindtag er forholdsvis enkel – det er overfladens afstrømning og undergrundsvæsker.Men for at vurdere mængden af ​​fosforaflejring ville det være godt at kende deltagerne i denne proces og aflejringsmekanismerne. Det skal understreges, at der overraskende hidtil ikke er nogen klar forståelse for, hvordan fosfat udfælder i naturen. Teoretisk set bør under naturlige forhold – med det naturlige forhold mellem ioner, anioner, surhed – fosforaflejring ikke forekomme. Det er imidlertid indlysende, at det sker – men hvordan?

En gruppe amerikanske forskere fra Georgia Institute of Technology i Atlanta, University of South Carolina i Columbia, Argonne National Laboratory (Illinois) og Scidway Oceanographic Institute i Savannah (Georgien) brugte den nyeste fosforteknologi fra vandoverfladen til sedimentet i et naturligt havmiljø. På denne vej har forskere bemærket, hvordan mængden af ​​fosfor og sammensætningen af ​​fosforforbindelser ændrer sig og har således identificeret de vigtigste punkter for transformation af fosfor i naturen. De teknikker, der anvendes i deres arbejde, er meget følsomme højopløsende fluorescensrøntgenstråler, som gør det muligt for dig at se (virkelig se i farve!) Fordelingsmønsteret for forskellige fosforforbindelser,såvel som meget følsom elektrodialyse af fosfor, som du kan nøjagtigt estimere mængden af ​​en bestemt phosphorforbindelse.

Arbejdet blev udført i den canadiske provins British Columbia i bugten på øen Vancouver, hvor der blev taget prøver af plankton, vand og sediment. Under prøveudtagning – i april 2007 – blev blomsten af ​​diatomer observeret. Skeletonema. Disse enkeltceller, som næsten alle mikroorganismer, akkumulerer polyphosphatgranuler inde i deres celler – de såkaldte volutinøse granuler. I disse granulater ophobes op til 30-40% af det samlede fosfor i cellen. Polyphosphater dannes af fosforsyre rester, som cellen tager fra miljøet med udgifterne til energi. Cellen anvender polyphosphater som en reservekilde for fosfor til opbygning af energimolekyler.

Således er det første punkt af phosphatkoncentration volutin-granuler inde i cellerne. Forskere målte mængden af ​​polyphosphater i vand og indeni diatomer og fandt ud af, at polyfosfater i havvand stammer stort set fra celleaktivitet.Dør af og falder til bunden, overfører cellerne polyphosphatgranulerne til sedimentet. Der desintegreres cellerne, mens granulerne (eller korn) af volutin af submikronstørrelse forbliver i sedimentet. De blev registreret af forskere ved hjælp af røntgenspektroskopi: størrelsen af ​​polyphosphatkorn i sedimentet er 0,5-3 mikron, af samme størrelse og volutingranuler i levende celler. Da polyfosfater opløses meget dårligt i havvand, vender de aldrig tilbage til cirkulationen. Polyfosfaternes levetid i sedimentet, som det viste sig ved undersøgelse af sedimentære lag, er ikke mindre end 60 år.

Ikke desto mindre viste balanceberegninger af mængden af ​​polyphosphater i vand, alger og på overfladen af ​​sedimentet, at en vis mængde polyphosphater forsvinder et eller andet sted. Det er usandsynligt, at denne mangel er forbundet med genbrug af deres levende celler. Levende diatomceller kan jo kun udnytte intracellulært polyphosphat, men ikke ekstracellulært. Det er langt mere sandsynligt, at polyfosfaterne i sedimentet gradvist omdannes til apatitter. Forskere kunne registrere i sedimentet forbigående, lidt krystalliserede partikler af apatit. formentlig,det er polyfosfatgranulerne, der bliver substratet, eller den matrix, hvorpå krystallisation af apatit begynder, gradvist i geologisk tidsskala, der fører til dannelsen af ​​klaser af apatitter.

Således lykkedes de amerikanske forskere under naturlige forhold at vise muligheden og omfanget af den biogene dannelse af phosphoritter og angiver også den måde, hvorpå fosfor er afledt af planetarisk cirkulation. Ifølge amerikanske eksperter koncentrerer diatomer fosfor, overfører det til en uopløselig form og overføres til sedimentet. Desuden fører de geokemiske processer i havvand gradvist til dannelsen af ​​apatitter. Processens globale karakter understreges af den verdensomspændende distribution af diatomer.

Phosphorites af Lake Hovsgol (Mongoliet) består af fossiliserede cyanobakterielle filamenter. Dette er et meget seriøst argument til fordel for den biogene oprindelse af fosfataflejringer. Billedet offentliggøres med den venlige tilladelse fra byen. n. E. A. Zhegallo

Det skal dog bemærkes, at diatomer kun optrådte i den fossile rekord i det tidlige Kridt.Samtidig er der meget mere antikke fosforitlejringer og sedimenter kendt, for eksempel Early Cambrian (540 Ma) fosfataflejringer i Hovsgol-søen i Mongoliet. Men diatomer eksisterede ikke da!

Som det fremgår af referencelisten i slutningen af ​​publikationen i Videnskabeksperter fra USA er ikke bekendt med studier af russiske mikrobiologer, der studerede mekanismerne for biogen fosfatudfældning for 10-15 år siden. Forskere fra mikrobiologiske institutter for det russiske videnskabsakademi og paleontologinstitutet for det russiske videnskabsakademi i en række publikationer beskrev den ovenfor beskrevne fosforaflejringsmekanisme ved anvendelse af koncentrationen af ​​polyphosphat i volutingranuler, men ikke med deltagelse af diatomer, men cyanobakterier. Forskellen mellem de nye amerikanske og russiske studier er, at førstnævnte studerede deres objekt i naturen, og sidstnævnte i laboratorieeksperimenter. Men udover laboratorieforsøg fremlagde russiske eksperter bevis for deltagelse af cyanobakterier i gammel fosfatudfældning – dette er opdagelsen af ​​fossiliserede cyanobakterier i Hubsugul-fosfatrocklagene.

"Diatomaceous" og "cyanobacterial" fosfatakkumulering adskiller sig i sin sidste fase: i det første tilfælde er det en langsom geokemisk omdannelse af polyphosphater til apatit,i det andet ændringen i mediumets surhed og den aktive transport af calcium på celleoverfladen. Men i hvert fald er biotas deltagelse i fosforcyklussen hidtil blevet undervurderet, især hvis vi tager højde for den ekstreme antikvitet af polyphosphatreaktioner i levende celler. Selv blandt de ældste propioniske bakterier ophobes polyphosphater i celler.

kilder:
1) Julia Diaz, Ellery Ingall, Claudia Benitez-Nelson, David Paterson, Martin D. de Jonge, Ian McNulty, Jay A. Brandes. Marine Polyphosphat: En Nøglespiller i Geologisk Fosfor Sequestration // Videnskab. 2. maj 2008. V. 320. P. 652-655 [DOI: 10.1126 / science.1151751] (i Rapporter).
2) L. M. Gerasimenko, G. A. Zavarzin, A. Yu. Rozanov, G. T. Ushatinskaya. Cyanobakteriernes rolle i dannelsen af ​​fosfatmineraler // Journal of General Biology. 1999. T. 60. Nr. 4. P.415-430.
3) I. V. Goncharova, L. M. Gerasimenko, G.A. Zavarzin, G.T. Ushatinskaya. Dannelse af mineralfosfatmikrotubes i nærvær af halofile cyanobakterier Mikrokoleuschthonoplaster // Nuværende mikrobiologi. 1993. V. 27. P. 187-190.

Se også:
I.S. Kulayev. Uorganiske polyphosphater og deres rolle i forskellige udviklingsstadier (om polyphosphates rolle i bakterier, den ældste og evolutionært avancerede) // Soros Journal. 1996.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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