Прокариоты: отношение к кислотности среды, общие сведения
Кислотность среды (концентрация водородных ионов, рН) является важным фактором, определяют возможность существования прокариот. Концентрация ионов водорода в окружающей среде действует на организм прямо (непосредственное воздействие Н+) или косвенно (через влияние на ионное состояние и доступность многих неорганических ионов и метаболитов, стабильность макромолекул, равновесие электрических зарядов на поверхности клетки).
При низких значениях рН растворимость углекислоты, являющейся основным или даже единственным источником углерода для автотрофных прокариот , понижается, а растворимость некоторых ионов (Cu++, Mo++, Mg++, Al+++) возрастает и достигает уровней, токсичных для многих прокариот. Наоборот, при высоких значениях рН растворимость многих катионов (Fe++, Ca++, Mg++, Мn++), необходимых клетке, резко понижается, они выпадают в осадок и, таким образом, становятся недоступными для организмов. рН влияет на состояние веществ в окружающей среде. Органические кислоты в кислой среде находятся в недиссоциированной форме, в которой легко проникают в клетку, становясь токсичными для нее. Концентрация Н+ внешней среды влияет и на равновесие электрических зарядов на поверхности клетки: при низких значениях рН увеличивается суммарный положительный заряд, при высоких - суммарный отрицательный заряд.
В Мировом океане и на большей части суши концентрация водородных ионов поддерживается в довольно узком диапазоне, оптимальном для роста большинства прокариот, предпочитающих нейтральные или слабощелочные условия. Довольно часто встречаются умеренно кислые природные среды, имеющие рН около 3-4. Это многие озера, кислые болота, некоторые истощенные почвы. Среды с более низким рН чрезвычайно редки; рН 3 и ниже имеют обычно терриконы угольных шахт, дренажные воды, рудничные стоки.
К наиболее кислым из природных сред, вероятно, относятся горячие кислые источники и окружающие их горячие кислые почвы, рН которых может достигать 1. Из этих мест были выделены бактерии, являющиеся одновременно термофилами и ацидофилами . Это Sulfolobus acidocaldarius , факультативно автотрофная сероокисляющая архебактерия , растущая в области рН от 1 до 5,8 (оптимальная область рН - 2-3). Температурный оптимум выше 70 градусов по С. S.acidocaldarius - обитатель горячих кислых источников, расположенных в разных частях земного шара. Другие обитатели таких мест - Bacillus acidocaldarius , Bacillus coagulans , Thermoplasma acidophilum . Из тех же мест (области, где температура ниже 55 градусов по С) выделен и Thiobacillus thiooxidans .
Встречающиеся в природе щелочные условия обычно связаны с почвами. Таковы почвы, обогащенные щелочными минералами, экскрементами животных, разлагающимися белками. В таких почвах рН может достигать 10. Обнаружены также щелочные озера и источники, рН которых 8-11. Из таких мест выделены представители родов Bacillus , Pseudomonas , Flavobacterium , Streptococcus и др. Некоторые из нитрат- и сульфатвосстанавливающих бактерий могут существовать при рН выше 11. Цианобактерии обильно растут в природных средах с рН до 10.
