Концепция энергетического баланса в приложении к микробной пищевой сети водных экосистем
Applying the paradigm of energy balance to microbial food web in aquatic ecosystems
Applying the paradigm of energy balance to microbial food web in aquatic ecosystems
Дата
2013
Авторы
Авторы (alternative)
Название журнала
Номер ISSN
Название тома
Издатель
Аннотация
Современная система взглядов и представлений об организации и механизмах регулирования потоков энергии в водных экосистемах требует ревизии, поскольку в её основу положен ряд ошибочных постулатов: 1) поток энергии через экосистему – следствие лишь трофодинамики и не включает иных процессов; 2) дыхание – единственный катаболический процесс в столбе воды, вкладом анаэробных процессов в интегральный метаболизм микроорганизмов можно пренебречь; 3) источники теплопродукции в пробе воды связаны исключительно с внутриклеточным метаболизмом. Отсутствие заметного прогресса в развитии концепции энергетического баланса водных экосистем обусловлено, прежде всего, несовершенством методов прямого измерения диссипации тепловой энергии биологическими системами. Острый дефицит данных о физиологической активности микропланктонных организмов восполняется косвенными оценками скорости их метаболизма на основе измерений материальных потоков (в первую очередь, продукции). В физиологических исследованиях преобладает экстенсивный подход, при котором предпочтение отдаётся измерению суммарного дыхания сообщества в единице объёма биотопа, а удельные скорости метаболизма, как правило, игнорируются. Корректность применения респирометрии для измерения потоков энергии в водных экосистемах подвергается сомнению и, следовательно, восполнение дефицита биоэнергетических данных требует кардинальной смены методологии исследований. В качестве одного из решений проблемы предлагается использование нанокалориметрии – высокочувствительного метода прямого измерения скорости теплового потока, который не требует концентрирования проб микропланктона.
Аннотация (alternative)
A revision of the current paradigm of the energy flow in aquatic ecosystems (and, in particular, microplankton) is required as the latter is based on a few false assumptions, namely: (i) the energy flow is coupled exceptionally to trophic processes (“trophic energy flow”); (ii) aerobic respiration is the only catabolic process in the oxic water column; (iii) intracellular metabolism is the only source of heat energy dissipated by water sample. Almost no progress in developing the energy flow paradigm was observed for the last decades, likely owing to imperfections in the methodology for measuring the energy flow directly as heat dissipation. There is a considerable gap in the data on in situ physiological activity of planktonic microorganisms, which is filled with indirect estimates of their metabolic rates approximated from material flows (like production). This prevalent approach provides no valuable information on the real metabolic rate but produces its fallacious estimates as the net growth efficiency (K2) is not actually measured in the same experiment. In microplankton studies, an extensive approach prevails in which integral respiration measurements are favored over estimates of metabolic fluxes per cell, biovolume and biosurface. This limits our knowledge of physiological activity of planktonic microorganisms and, besides, deprives the researcher an opportunity to verify the results obtained. Doubt has been recently thrown on the validity of the respirometric estimates of the energy flows in aquatic ecosystems and, consequently, there exist a demand on alternative methodological approaches to solve the problem. Applying nanocalorimetry in the field of hydrobiology looks promising as a highly sensitive method for measuring directly the heat dissipation by native microplankton, without any cell pre-concentration. Modern knowledge of the viral loop, physiology of ultramicrobacteria, and bacteria-mediated extracellular hydrolysis of biopolymers have to be taken into account to calculate detailed energy budget of microplankton.
Ключевые слова
энергетический баланс, потоки вещества и энергии, дыхание, респирометрия, теплопродукция, микрокалориметрия, нанокалориметрия, микробная петля, водные экосистемы
Библиографическое описание
Морской экологический журнал. - 2013. - Т. 12, № 3.