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金属周期

铁和锰氧化和还原

铁细菌和锰细菌

“同化硝酸脱氮剂降低氨基酸水平纳入蛋白质。许多植物和细菌可以做到这一点,因此,利用硝酸盐作为氮源。

同化硫酸盐还原硫酸减少巯基水平位置纳入硫氨基酸的蛋白质。许多植物和细菌可以做到这一点。

转换是拿出章节中特定元素的周期。

3.6.1 Hydrologie周期

的主要水库的水在地球上的海洋。水文循环的主要原因是水的蒸发从海洋、湖泊和河流。然而,陆地植物也影响hydrologie周期通过根系吸收水。水中的杂质为植物的生长提供营养物质和水是光合作用的原料。多余的水分逃逸到大气中通过微小的开口叶子气孔,这一过程称为蒸散。

1公斤的干燥植物生物量的合成需要大约300升的水的蒸发蒸腾,虽然需要少量的水有些植物如沙漠仙人掌。大陆大约三分之一的降水量(100厘米/年)由蒸散回到大气中。虽然只占全球约10 - 15%的蒸发,植物蒸散可以发挥重要作用当地的气候raybet雷竞技最新。举个例子,一个水分子落在上面的亚马逊流域平均回收五次在其最终返回到大西洋。

操作碳循环

如第11章所述,快速通量的除碳循环是由环境中的二氧化碳在光合作用中,植物、藻类和蓝藻主要photosynthesizers在大多数环境中。化能自养的细菌,这也是重要的初级生产者,扮演了重要的角色碳固定在环境中缺乏光。二氧化碳返回到环境的副产品所有生物的呼吸作用,包括photosynthesizers在夜间时间。有机分解,产生二氧化碳和水,消耗氧气,是由腐生真菌和细菌,获得非生物来源的有机物质,如死树,和其他非生物植物和动物的材料。动物也是重要的分解者的植物和动物的有机材料。

产甲烷细菌的能量从简单的有机化合物的氧化甲醇和醋酸等,释放大量的甲烷。他们负责沼气(甲烷)生产的沉积物水生栖息地。一些居住在牛的瘤胃和后肠的共生体白蚁,其代谢释放大量的甲烷到大气中。

3.6.3氮循环的

氮,尽管其丰富的氛围,是最常见的元素的限制生态系统生产力(Vitousek和霍沃斯,1991)。大气氮、N2、被大多数生物不能使用。进入一个生态系统,N2必须“固定”为氨、硝酸盐、亚硝酸盐、含氮的有机化合物。少量的氮固定的闪电和少量的氨被火山排放到大气中,但大多数生物圈是固定氮的生物——由蓝藻在水生系统和共生菌与陆地生态系统中的某些植物的根部。氮是失去从通过地下水生态系统,迅速蒸发的氨气,和反硝化作用,但它从腐烂的有机物释放缓慢。因此,氮通常是限制因为它正在迅速失去了但是是固定和回收缓慢。人类几乎翻了一番输入固定氮的生物圈,主要由燃烧的ios版雷竞技官网入口 和工业固定的氮用作肥料(Vitousek et al ., 1997)。管理氮循环的一定是人类社会的一个主要问题在可预见的未来。

异化的脱氮发生厌氧和由细菌,使用硝酸氧作为电子受体在呼吸。结果是分子氮和一氧化二氮的形成。的一氧化二氮在平流层臭氧的化学过程中发挥作用,因此,极其重要的生物地球化学。这些细菌的能量来自厌氧氧化的有机化合物。许多生物,尤其是细菌,分解有机物和氨的释放,这一过程称为加氨。

3.6.4硫循环

减少硫化合物作为存在氢捐助者光合细菌等绿色和紫色硫细菌和蓝藻。相比之下,chemoauto-trophic硫氧化细菌获取能量的减少硫化合物包括硫化氢、硫和硫代硫酸盐。与硝化细菌,这些细菌主要是有氧和使用二氧化碳作为碳源。新陈代谢的最终产品是硫酸。这些细菌是负责生产的酸性矿水地区露天开采暴露了黄铁矿矿物降雨和氧气。这些细菌可以增长pH值低至1.0;pH值3.0和4.0在径流流从矿业地区很常见。鱼不能生活在这些水域,大多数植物不能生长在这样高酸性的土壤。

异化的硫酸盐还原如Desul-fovibrio获取能源的厌氧氧化有机化合物如乳酸和醋酸。硫酸是减少,大量的硫化氢是在这个过程中生成的。硫化的黑色沉积物水生栖息地的气味将这些细菌的活动。黑颜色的形成是由金属硫化物,主要是硫化亚铁。这些细菌在海洋栖息地尤其重要,因为高浓度的硫酸盐的存在。

甲基(DMS)是主要的挥发性硫化合物的生物起源从海洋排放到大气中。据估计,全球每年)通量是15 - 40每年几百万吨硫。DMS的酶裂解产生dimethylpropiothetin (DMPT)。DMPT在这些藻类的作用是不确定的,但有强有力的证据表明,它可能作为一种非常有效的透射调节器(Andreae和伯纳德,1984;Vairavamurthy等,1985)。DMPT的偶极离子性质给出了分子膜透性很低。DMPT的渗透作用也建议的大多数淡水藻类产生很少或没有DMS,尽管蓝藻。海洋藻类产生的甲基大气中反应生成硫酸以及硫酸铵、硫酸氢铵,和甲烷磺酸、大气中所有的蒸汽压力低,可以凝结形成气溶胶粒子。这些粒子可以影响气候改变的反射属性海洋大气和云滴可以通raybet雷竞技最新过提供粒子成核。(见章节7和17的更多细节)。

3.6.5磷循环

磷不是一个丰富的生物圈组成,但它是一个生物体的重要组成部分的组件核酸和高能化合物如ATP。生物进化机制集中磷,这通常是一个限制营养,从土壤和水。在淡水藻华经常由磷酸的可用性。微生物能够存储磷酸作为细胞内的聚合物,它们使用期间的磷限制。

3.6.6金属周期

许多细菌氧化和减少金属和金属离子。一些甚至可以获得能量的氧化过程。例如,铁氧化剂,如硫杆菌的物种,可以种植在减少铁化合物,并且获得能量从氧化如果pH值很低,在黄铁矿氧化酸性矿水。不知道化能自养菌能够获得能量的氧化锰,但许多异养细菌可以这样做。许多细菌也参与沉积氧化的铁和锰的化合物,从而使不动这些元素。微量的金属可以通过他们的非常重要的生物毒性作用或金属的角色在酶和能量传递的化合物。

表3 - 6生物地球大气气体的主要来源”

气体	主要生物源	在大气中停留时间
氮	细菌	107到109年
氧气	光合作用	数千年的
二氧化碳	生物呼吸作用,燃料燃烧	大约100年
一氧化碳	细菌的过程,不完全燃烧	几个月
甲烷	细菌在厌氧环境中	几年
一氧化二氮	细菌和真菌	大约100年
氨	细菌和真菌	几天
不,	污染物在阳光下的反应	几天
硫化氢	厌氧细菌	几天
氢	光合细菌,甲烷氧化	几年

“修改从洛夫洛克和马古利斯(1974)。

“修改从洛夫洛克和马古利斯(1974)。

3.6.7生活的长期影响

生物地球大气层

生物在地球大气层的长期影响是巨大的。的生物输入主要大气气体如表3 - 6所示。地球仍然毫无生气,大气中二氧化碳的浓度可能仍然很高,和温度会非常不同于今天。氧气会慢慢增加由于太阳光分解水,但是它不会有超过1%的浓度。的地球的大气发生不同的化学相互作用。如果生命消失的今天,大气中的氮最终将转化为硝酸盐,这将被转移到海洋,大大降低pH值的现值(哈钦森,1944)。

地球的平均温度是由于输入的能量来自太阳发射的辐射和能量损失。输入的能量是一个函数的反射率(地球的反照率)。冰反映了80 - 95%的入射光、干草原30 - 40%,针叶树森林10 - 15%。因此植被的季节性变化显著改变表面吸收的辐射量。主要植被变化由于人类活动产生同样的效果。地球的表面温度还取决于大气的二氧化碳浓度,氧化亚氮、甲烷,温室气体的浓度是影响生物圈。

在盖亚3.6.8进化的观点

现在普遍赞赏,地球大气层的化学不平衡是由于生物的活动,但是最近接受这种观点是惊人的。实际上,直到1974年,詹姆斯•洛夫洛克和林恩·马古利斯建立在沃尔纳德斯基的理论并提出了盖亚假说,大多数科学家认为,生物遭遇强大的物理力量,他们无法影响。盖亚假说的形成首先是先进(洛夫洛克,1979),提出生物进化的某些特征,因为这些特征稳定大气的成分,从而维护条件有利于生活。为了应对各种批评,洛夫洛克随后修改他的观点。盖亚的修改形式假设只有生物的活动,和继续对大气的构成重大影响。它并不指定生物进化出这些特性的原因。

盖亚假说的有效性争论主要集中在两个非常不同的问题。一个涉及大气的成分的程度,因此,地球的气候,实际上已经精确调节。raybet雷竞技最新这是一个实证问题可以被解决,积累时间的详细数据地球大气和气候的变化。raybet雷竞技最新波动发生,但是他们已经不足会发生没有生命的参与。

第二个问题,这是本章的焦点更相关,关注进化原理的深刻影响生物对地球大气层。这部分争论还在持续,因为普遍未能欣赏限制进化变化的机制。自适应进化变化发生,一个等位基因必须带来好处时其拥有者等位基因存在于只有一小部分人口的成员。换句话说,一个等位基因频率必须能够增加当它是罕见的。

强加的严重缺陷,这个需求是明确表示,通过考虑洛夫洛克最著名和挑衅的例子之一——黛西的世界。洛夫洛克提出,地球的温度可能是维持在相对稳定的水平,尽管稳步减少太阳能输入在经历漫长的改变地球的反照率从景观由变化引起的,说,白色的雏菊由黑暗的雏菊。计算潜在后果的反射属性的变化主要生物地球的温度没有争议。进化的问题是确定什么忙时黑雏菊罕见。显然,当黑雏菊是罕见的,他们会有一个完全微不足道的地球的反照率的影响。

答案是指出在一个冷却的世界,黑暗的黛西很可能直接受益(增加光合速率)被温暖。如果是这样,黑雏菊可以在生产上超过他们的白人同事,在许多代,小雏菊的人口中占据着主要地位。最终的结果将是一个重大变化在地球的反照率,但是改变是益处的副产品个人雏菊从他们的颜色。这个例子说明了为什么大多数进化生物学家拒绝认为,生物进化的特征,因为它们对大气的影响,而接受生物做的活动对维护地球大气层产生强大的影响。

3.7生物地球化学循环如何影响生活

地球上的地球化学条件对生物体产生深远的影响。我们知道生命繁荣中立以人类为中心的视图pH值、温度范围从冻结到40°C, atm和压力约为1。然而,微生物发生在更极端的条件。此外,生物受到生物地球化学循环的变化。

3.7.1极端环境中

生物需要水,一种能源,和必要的营养细胞材料的增长。地球上有些地方没有提供这些资源的组合生物生存所必需的。例如,一些地区的阿塔卡马沙漠在秘鲁没有收到降雨超过30年(依弗里德曼、个人通信)和海港就没有生命。同样,生物不知道生长在温度超过115°C和低于约-10°C(盛田昭夫,1975)。其他物理化学限制生活包括高和低pH值、高盐度、高辐射。微生物生长的pH值范围是非常广泛的,从对pH值1到超过12。一些古菌能够生长在饱和卤水。其他微生物,如细菌属Demo-coccus,可以高剂量的紫外线和放射性同位素的辐射。此外,一些环境,如酸温泉,这些限制因素的压力组合,不过支持生命。因此,微生物进化生活在一个地球上各种各样的环境,其中许多是荒凉的更复杂的生物。

3.7.2章回应的生态系统生物地球化学循环和气候的变化raybet雷竞技最新

干扰正常的地球化学循环人类活动正在增加的结果。一个例子是平流层的臭氧空洞集中在南北两极。吸收紫外线的臭氧层在同温层,是由氧的反应与阳光。平流层臭氧浓度减少因为chlorofluoro-carbon (CFC)化合物用作制冷剂和空调(如氟里昂)越来越多地释放到大气中,它们转化为氟、氯、紫外线和碳的平流层。氯与臭氧将它转化为氧气。氯是不退化在这个过程中,它会导致许多额外的破坏臭氧分子。

增加化石燃料的燃烧自工业革命以来,再加上砍伐森林,导致了增加大气中二氧化碳的浓度。增加二氧化碳浓度的直接和间接影响植物和动物的生活。直接,大气二氧化碳浓度可以更高,如果其他因素不限制,促进光合作用,因此,植物生长速率(Oechel和应变,1985)。这种“施肥”效果最为明显,在农业系统级别的水和矿物质营养非常有利(Bazzaz, 1990;穆尼等,1991)。自然生态系统中,利率的光合作用是有限的水分、温度、或低水平的土壤养分,只可能会经历短暂的或轻微增加生产力(字段等,1992;Mel-lilo等,1993;帕顿等,1995;丢弃,1995)。然而,在结合较高的温度和较长的生长季节,二氧化碳浓缩可能导致增加光合作用和存储在森林生态系统的碳的比率上升,目前发生在温带和热带森林在新世界(风扇等,1998; Phillips et al, 1998).

增加二氧化碳浓度的预测范围内不会对动物有直接影响。然而,植物生产力和化学成分的变化引起的植物组织二氧化碳浓缩,改变植物组织的适口性,因此,种群动态的食草动物和食肉动物饲料(艾尔斯,1993;Fajer等,1992)。

提高温度会影响自然生态系统通过改变气候的空间分布,因此,生态系统。raybet雷竞技最新例如,主要的物种都生活在植被区域在北美东部预计由100流离失所的北方1000公里(欧沃佩克补充说等,1991)。因此,松树、橡树、桦树、云杉和non-grass草原植物必须经历重大变化范围,否则将面临灭绝。此外,气候变暖的时间预计将发生的订单,而不是成千上万的年发生在最近的冰后期。raybet雷竞技最新植物物种的能力适应和应对不同快速气候变化和栖息地。raybet雷竞技最新物种分布范围广泛,良好的传播机制和广阔的栖息地公差预计处理变化比物种更加严格的要求和贫穷的分散能力。类似的论点适用于动物。动物被认为是最容易包括当地特有种,稀有物种,顶级食肉动物,迁徙物种和物种,依赖于非常具体的植物资源(Terborgh和冬天,1980)。

物种之间的相互影响和社区结构也将受到重大气候变化的影响,但细节是很难预测。raybet雷竞技最新paleoecological记录表明,物种组成生物体的社区并不是简单地将他们一起范围在冷却,冰川扩张或随后的变暖冰川的消融。相反,物种个体的反应。因此,过去的生态群落物种的特征是混合物,不同于任何今天地球上发现。未来生态群落的成分肯定会有许多惊喜,并不是所有的从人类的角度可能是有利的。

引用

修改、j.p.和冲击,e . l . (1998)。在水热生态系统能量的氨基酸合成。281年科学,1659 - 1662。

Andreae m . o .和伯纳德·w·r ., (1984)。二甲基硫醚的海洋化学。海洋化学。267 - 269。

Awramik, s M。Schopf, j·W。,沃尔特·m·r . (1983)。丝状细菌化石3.5 x 109岁Archaen西澳大利亚。Precam-brian > 20, 357 - 374。

Ayers, m p (1993)。植物防御、食草性和气候变化。raybet雷竞技最新在“生物相互作用和全球变化”(p . m . Kareiva j·g·金索,r·b·休伊eds), 75 - 94页。Sinauer Associates桑德兰,马。

Bazzaz f . a (1990)。自然生态系统的反应不断上升的二氧化碳水平。为基础。启生态。系统。21167 - 196。

Chang年代。Desmarias D。麦克,R。米勒,s . L。,斯特拉斯恩,g . e . (1983)。生命起源以前的有机合成和生命的起源。在“地球最早的生物圈,它的起源和演化”(j . w . Schopf ed), 53 - 88页。普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿。

老年痴呆、h和速度,m . l . (1993)。级和模式的食草性水生和陆生生态系统。36148 - 150年。

Fajer, e D„鲍尔斯m D。,Bazzaz f . a (1992)。营养的影响和丰富二氧化碳环境生产的碳基allelo-chemicals Plantago:测试碳/养分平衡的假设。点。自然界。140年,707 - 723。

粉丝,S。Gloor, M。Mahlman, J。,帕卡拉年代。Sarmiento, J。高桥T„黝黑色,p (1998)。一个大型陆地碳汇在北美暗含在大气和海洋二氧化碳数据和模型。282年科学,442 - 146。

场,c, B。,查宾三世,f·S。马特森,p。,h·a·穆尼(1992)。陆地生态系统变化的气氛的反应:基于资源的方法。为基础。启生态。系统。23日,201 - 235。

霍夫曼,h . j .和Schopf j . w . (1983)。早期Proter-ozoic微化石。在“地球最早的生物圈,它的起源和演化”(j . w . Schopf ed), 321 - 359页。普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿。

哈钦森,g . e . (1944)。氮的biogeo-chemistry气氛。点。有技巧的,32岁,178195。

Longhurst, a (1998)。“生态地理。”Academic Press, London.

洛夫洛克,j . e . (1979)。”盖亚。一个新的看地球上的生命。”Oxford University Press, Oxford.

洛夫洛克,j·e·马古利斯,l (1974)。大气homoeostatis和生物圈:盖亚假说。忒勒斯26日1 - 10。

所以,j . M„McGuire, a D„Kicklighter, D . W„摩尔三世,B。弗勒什毛尔蒂·c·J。城堡,a . l . (1993)。全球气候变化和raybet雷竞技最新陆地净产量。大自然363年,234 - 240。

米勒,s . l . (1953)。生产可能的原始地球条件下氨基酸。117年科学,528 - 529。

穆尼,h·A。德雷克,b, G。Luxmoore, r . J。Oechel, w . C。,Pitelka l f (1991)。预测生态系统对co2浓度升高的反应。生物科学41岁,96 - 104。

盛田昭夫,r . y (1975)。好寒性的细菌。Bacteriol。启39144 - 167。

Oechel, w . c和应变,b . r . (1985)。本地物种应对二氧化碳浓度增加。在“直接增加二氧化碳对植被的影响”(b . r .应变和j . d .治愈eds), 117 - 154页。斯普林菲尔德,弗吉尼亚州,美国能源部。

欧沃佩克补充说,J . T„Bartlein, p . J。韦伯三世,t (1991)。未来的巨大潜力在北美东部植被变化:与过去比较。254年科学,692 - 695。

帕顿,w·J。j . m . O,斯格劳克。、Ojima d S。丢弃,d。大厅,d . O。,SCOPEGRAM小组成员(1995)。气候变化对草地的影响raybet雷竞技最新生产和全球土壤碳。水珠。改变杂志。1,13-22。

佩里,j·t·j·j .和Staley (1997)。“微生物学:动力学和多样性。”Saunders College Publishing, Ft. Worth, TX.

菲利普斯,o . L„Malhi Y。Higuchi N„Laurance, w . F„Nunez p V。Vasquez, r . M。劳伦斯,s G。、Ferreria l . V。,斯特恩,M。布朗,S。优雅,j . (1998)。热带森林碳平衡的变化:从长期的阴谋的证据。282年科学,4398 - 4442。

Rubey w·w·(1951)。海水的地质历史。为了说明这个问题。青烟。Soc。点。公牛。62年,11雷竞技csgo11 - 1148。

Rubey w·w·(1955)。的发展的水圈和大气,与可能的早期大气的成分。在“地球的地壳”(a . Poldenvaart ed), 631650页。美国地质学会,纽约。

丢弃,d s (1995)。陆地生态系统碳循环。水珠。改变医学杂志。77 - 91。

Terborgh, j .和冬季b (1980)。一些灭绝的原因。在“保护生物学:Evolu -

tionary-Ecological视角”(m·e·苏尔和b·a·威尔科克斯eds), 119 - 133页。Sinauer Associates桑德兰,马。Vairavamurthy,。、Andreae m . O。艾弗森,r . l . (1985)。生物合成的dimethylpropionthetin Hymenomnonas carterae硫源和盐度变化的关系。Limnol。Oceanogr。30日,59 - 70。Vitousek,下午和霍沃斯,r . w . (1991)。氮限制陆地和大海。它是怎样发生的呢?生物地球化学13,87 - 115。

Vitousek, p . M。河口,j . D。豪沃思,r·W。把,g . E。马特森,p。辛德勒,d . W。施莱辛格,w . H。d .,提尔曼(1997)。人类全球氮循环的改变:来源和后果。生态。应用。737 - 750。

惠特曼,w . B„科尔曼特区„Wiebe, w . j . (1998)。原核生物:看不见的多数。Proc。《Sei。美国95年,6578 - 6583。

附录

许多类型的有机分子是生物体的基本成分或产生。除了碳和氢,最天然的有机分子包含一个或多个的四个关键元素,所有这些来自第二个和第三个时期元素周期表:N, O, P, s .碳原子形成这些分子的骨架。成键的碳会导致非常大的分子的结构。氢可以共享一个或多个

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