ico ico-02 ico-03 akcia
КОРЗИНА (пуста)
Сумма: 0 руб.

+7 (495) 623-2261
+7 (495) 623-1719

Для регионов России
8 800 500 35 35

Открыть полную фотографию с дополнительной информацией

  Фотосинтез и коралловый кальций

Фотосинтез и коралловый кальций

Фотосинтез это один из самых важных природных процессов на нашей планете, и без него жизнь на суше и в воде была бы невозможна. Выражаясь научным языком, в клетках растений и некоторых бактерий фотосинтез трансформирует электромагнитную энергию солнечного света в химическую энергию связи, которая затем участвует в обмене веществ растений и животных. Это означает ничто иное, как то, что растения используют энергию солнца, чтобы производить органические вещества в виде сахара, который потребляется организмами для поддержания жизни. Однако, помимо сахара, в результате фотосинтеза вырабатывается жизненно важный кислород:

энергия света + CO2 + H2O → сахар + O2 + тепловая энергия

Из двуокиси углерода (CO2) и воды (H2O) с помощью энергии света возникают сахар и кислород (O2).

Фотосинтез – основа пищевой цепочки

Уравнение реакции выглядит очень просто, однако, в реальности процесс фотосинтеза очень сложный. Он состоит из двух ступеней: реакции на свет и реакции на темноту. Во время реакции на свет энергия солнца «ловится» и предварительно аккумулируется. В качестве «отхода» здесь выделяется кислород. А во время реакции на темноту накопленная энергия используется для синтеза сахара из углекислого газа и воды. В обоих процессах задействованы многочисленные протеиновые и мультиэнзимные комплексы, которые мы не будем рассматривать в рамках этой статьи. Заинтересованный читатель может обратиться к специальной литературе (например, Alberts et al.,1999).

Фотосинтез – движущая сила кораллового рифа

Конечно, в тканях всех водорослей кораллового рифа также происходит фотосинтез. Водоросли, в свою очередь, являются кормовой основой для многих морских животных (к примеру, рыб, морских ежей и улиток). Однако совсем по другой схеме так называемые зооксантелльные симбиотические водоросли «кормят» своих хозяев: зооксантелльных кожистых и жестких кораллов, горгоний, гигантских тридакн.

Симбиотические водоросли, динофлагелляты рода Symbiodinium, относятся к типу динофитных водорослей (Dinophyta). Зооксантеллы, которых также называют симбиотическими водорослями, в большом количестве живут в энтодерме зооксантельных кораллов. Плотность заселения на кораллах достаточно стабильна и варьируется в промежутке 1-5 х 10 в шестой степени зооксантелл на один квадратный сантиметр поверхности, что соответствует 20-60 * 10 в третьей степени зооксантелл на маленький или средний коралловый полип (Sorokin, 1995). Такая концентрация водорослей позволяет полипам оптимально использовать свет для фотосинтеза и избегать обоюдного затенения. На сколько важно постоянное количество зооксантелл для кораллов, свидетельствует тот факт, что кораллы выработали несколько контрольных и регулирующих механизмов.

Так, например, полипы выталкивают лишние водоросли. Вместо того, чтобы просто переварить зооксантелл в качестве пищи, как это делают водорослееды, кораллы используют симбионтов как «электростанции». Как уже было описано ранее на примере растений, зооксантеллы также производят с помощью фотосинтеза органические соединения, которые они «передают» своему хозяину для покрытия ежедневной потребности в энергии. Передаются, прежде всего, глицерин, жирные кислоты (Muscatine, 1990), а также глюкоза и некоторые простые аминокислоты (Sorokin, 1995), которые, соответственно, получаются из первичных продуктов фотосинтеза в результате промежуточных реакций. Возникают два вопроса:

какой процент кислорода, переработанного зооксантеллами в органические молекулы, передается для питания коралловым полипам, и
cколько процентов от ежедневной потребности в энергии приходится на соединения, полученные полипами?
Кажется, что количество передаваемых соединений зависит от вида кораллов (Muscatine, 1990). Например, у мелководных видов (глубина 3-10 метров) это число находится в промежутке между 78% (коралл Porites porites) и 96,6% (розовый пальчатый коралл Stylophora pistillata). Большая глубина, похоже, производит отрицательный эффект на способность кораллов усваивать органические соединения от зооксантелл. В специальной литературе мнения о процентном соотношении этих субстанций и общей потребностью в энергии конкретного коралла расходятся. У Верона (Veron, 1996) это 90%, а Сорокин (Sorokin, 1995) считает, что зооксантелльные жесткие кораллы получают 70% всех необходимых питательных веществ от симбиотических водорослей, 20% - от пойманного планктона и 10% - за счет растворенных в воде органических соединений, а также бактериального планктона.

Здесь, мне кажется, уместно заметить, что кораллы существуют не только за счет фотосинтеза своих зооксантелл, так как фотосинтез закрепляет только углерод, который коралл может использовать. Однако он не получает ни азота, ни фосфора, которые также необходимы для обмена веществ. Зооксантеллы получают эти атомы, усваивая растворенные в воде азот и фосфорсодержащие вещества и, ловя планктон.



Фотосинтез и образования кальция – взаимозависимые процессы

Итак, фотосинтез симбиотических водорослей является важнейшим источником энергии для зооксантелльных кораллов.
Однако как это связано с образованием скелета и ростом кораллов?
Синтез кальция и кальцинацию для строительства скелета зооксантелльных кораллов можно легко представить в следующем химическом уравнении:

Ca2 + 2 HCO3 ↔ Ca (HCO3‾) 2 ↔ CaCO3 + H2CO3

Эту реакцию можно рассматривать как равновесную:

кальций (Ca2+) и гидрокарбонат (HCO3‾) преобразовываются сначала в промежуточный продукт, гидрокарбонат кальция (Ca[HCO3]2), а затем в углекислоту (H2CO3) и карбонат кальция (CaCO3).

Карбонат кальция входит в состав скелета, например, жестких кораллов. Часть гидрокарбоната кальция из-за наличия углекислоты, как следует из правой стороны уравнения, снова растворяется. Аквариумисты знают об этом процессе благодаря кальциевым реакторам, в которых с помощью двуокиси углерода растворяется карбонат кальция. Для того чтобы способствовать кальцинации, необходимо удалить углекислоту. Именно это и делают зооксантеллы в кораллах. Они постоянно потребляют двуокись углерода (в уравнении она заменена углекислотой: см. об этом Brockmann, 2006) в процессе фотосинтеза, вследствие чего повышается уровень кальцинации. Таким образом, фотосинтез и строительство скелета у зооксантелльных кораллов взаимозависимые и взаимообуславливаемые процессы. Это означает, что в ходе фотосинтеза зооксантелльные кораллы получают не только большую часть энергии и питания, но и надстраивают свой скелет, и, следовательно, растут. «Заключив сделку» с динофлагеллятами, зооксантелльные кораллы «убили» сразу двух «морских» зайцев. Симбиоз этот настолько эффективен, что степень кальцинации зооксантелльных кораллов в десять раз выше, чем у незооксантелльных (Schuhmacher, 1982). И, наконец, зооксантеллы обеспечивают своим хозяевам превосходный рост в районах со скудной пищей, что привело к доминированию этих видов кораллов на громадных территориях тропических рифов.

Значение для морской аквариумистике

Это короткое и упрощенное изложение показывает, насколько тесно фотосинтез связан с питанием и образованием скелета у кораллов. Резюмируя, можно сказать, что мощный, функционирующий фотосинтез является важной предпосылкой для роста всех зооксантелльных кораллов. Для аквариумиста, который, занимается, в основном, этими животными, важны следующие выводы:

Ключевое слово - освещение.

Концентрация кальция и двуокиси углерода должна быть тонко сбалансирована. Например, при дефиците ионов кальция или двуокиси углерода хорошего освещения будет недостаточно для оптимального роста. Вы ни за что не сможете вызвать более интенсивный рост кораллов за счет увеличения силы света, если у Вас низкая карбонатная жесткость. Увеличение содержания кальция также не даст результата, если сила света мала. Здесь я должен заметить, что понятия «хорошее освещение» и «достаточная сила света» еще не четко сформулированы, поэтому аквариумисту эти параметры очень трудно измерить. К счастью, обычно бывает достаточно общепринятых значений (грубая градация), как утверждают Фосса и Нильсен (Fossa & Nilsen, 1995).

Фотосинтез стимулирует рост зооксантелльных кораллов и ракушек. Кормление водорослей в аквариуме целесообразно лишь в отдельных случаях, так как в аквариумной воде присутствует обычно достаточное количество веществ, находящихся во взвешенном состоянии. Кроме того, остается неразрешенным вопрос: можно ли содержать жесткие кораллы за счет использования дополнительного питания, например, планктона, если освещение в аквариуме неправильное? Новое исследование показывает, что все зависит от вида животного: некоторые зооксантелльные кораллы выживают при недостаточном освещении, если их кормят планктоном, а другие – нет.

В морской аквариумистике закон «чем больше, тем лучше» не действует. Здесь, скорее всего, нужны оптимальный баланс и равновесие всех параметров. Следует ориентироваться на следующие значения: концентрация кальция 420 мг/л, карбонатная жесткость 7-10° dKH и соответствующая мощность освещения. Неестественное повышение отдельного параметра никогда не приведет к желаемому результату. Продемонстрирую это опять же на примере карбонатной жесткости и силе света. Длительное повышение карбонатной жесткости (до или выше 16° dKH) вызовет неминуемую гибель кораллов. Неоправданное увеличение силы света также никогда не улучшит их рост. Зооксантеллы кораллов отреагируют на это светонасыщением, феноменом, который означает, что они могут перерабатывать лишь определенное максимальное количество световой энергии (Barnes & Chalker, 1990). Таким образом, растущая интенсивность освещения не воспринимается клетками водорослей. В лучшем случае, это никак не скажется на кораллах. Однако существуют зооксантелльные жесткие кораллы, которым очень интенсивное освещение может непоправимо навредить. К ним, например, относится зеленоглазчатый чашевидный коралл Mycedium elephantotus из семейства Pectiniidae. Из этого можно сделать вывод, что прежде чем что-то изменять в действующем рифовом аквариуме, следует хорошенько все взвесить. Ненужные и необдуманные манипуляции скорее навредят, чем помогут. В устоявшейся домашней рифовой системе с хорошо развивающимися беспозвоночными девиз «А попробую-ка я так!» не приемлем. Единственно правильной стратегией здесь было бы регулярное измерение отдельных параметров, как то: питательные вещества, карбонатная жесткость, концентрация кальция и т.д., чтобы в случае необходимости исправить конкретный недостаток.