БиоСистема

Соединения углерода играют очень большую роль в жизни биологической системы, поскольку они не только входят в состав живых клеток, но и являются энергетическим субстратом.

В природе круговорот азота обычно начинается с того, что живые организмы фиксируют молекулярный азот (N2). Важно отметить, что молекула азота состоит из двух атомов, которые очень прочно соединены между собой тройной связью. Разрушить эту молекулу и использовать атомы азота в биосинтезе способны очень немногие живые организмы - лишь некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли. Все остальные живые организмы способны использовать только минеральные и органические соединения азота. Крайне небольшая часть минерального азота в естественных природных условиях образуется в результате физических воздействий на молекулы азота (например, в атмосфере под действием ионизации). При этом минеральный и органический азот очень легко преобразуется в газообразные соединения, в том числе и в молекулярный азот, и опять улетучивается в атмосферу. Естественно, что доступный азот обычно в природе находится в дефиците и ограничивает продуктивность биологических систем. В аквариуме, в отличие от природных биологических систем, азот часто находится, наоборот, в избытке. Поэтому основная проблема азотного цикла в аквариуме сводится к удалению из воды его соединений.

Еще один важнейший биогенный элемент - фосфор. В природе фосфор вовлекается в биологический круговорот в результате разложения горных пород. Основное и очень важное отличие круговорота фосфора от круговорота других биогенов (кислорода, углерода, азота) состоит в том, что при этом не образуется летучих соединений фосфора. В результате фосфор не удаляется из биологических систем, а накапливается в них, причем чаще всего он накапливается именно в водных биосистемах. В реки и озера он вымывается из почвы и обратно в наземные биосистемы ему попасть довольно трудно. В естественных условиях насыщение природных водоемов фосфором происходит редко, однако человек многое решает не только в аквариуме, но и в природе. В результате происходит перенасыщение фосфором природных водоемов и, как одно из следствий, цветение воды и замор рыбы. В аквариуме также происходит накопление фосфатов, и это может привести к аналогичным последствиям.

Теперь мы готовы к тому, чтобы обсудить вопрос о красоте аквариума. Оказывается, красота имеет свою биологическую основу. Возьмем, например, произведения одного из самых известных аквариумных дизайнеров - Такаши Амана. Его аквариумы густо засажены растениями, рыбы подобраны очень тщательно и аквариум не перенаселен, корм подается очень небольшими дозами и сразу съедается, обязательно установлено лучшее оборудование и плюс к этому производится регулярная частичная подмена воды в аквариуме. Аквариум выглядит очень здорово, но зачем такие сложности?

Естественные природные биологические системы практически всегда олиготрофны. Это означает, что они бедны биогенными элементами. Однако если баланс смещается и происходит накопление биогенов в природном водоеме, то в нем начинается процесс, который принято называть эвтрофикацией. Как пример олиготрофной биологической системы возьмем лесное озеро в Карелии. Что мы наблюдаем: прозрачная чистейшая вода, высшие растения растут на дне, рыб не очень много, ровно столько, сколько может прокормиться. Сравним это озеро с водоемом в черте города или в сельскохозяйственной зоне. Что же мы видим: мутная непрозрачная вода, дно еле видно только на мелководье, высших растений на дне немного, в основном дно - илистая пустыня. Это вполне типичный пример последствий эвтрофикации, накопления в водоеме биогенных элементов. Важнейшим показателем эвтрофикации водоема является чистота, прозрачность и цвет воды. В олиготрофном водоеме прозрачная вода, в эвтрофном - нет. Почему? Главным образом потому, что при эвтрофикации наблюдается активное размножение так называемого фитопланктона - живущих в толще воды водорослей и других микроорганизмов. Если происходит очень интенсивный рост фитопланктона, то говорят, что водоем "зацвел". При этом происходит затенение дна и донные растения умирают из-за отсутствия света, одновременно наблюдается уменьшение концентрации кислорода в придонных слоях воды. Умирают многие рыбы и беспозвоночные, образуются анаэробные зоны в грунте, в них происходит образование сероводорода и других токсичных продуктов. Как результат - большая биологическая продуктивность системы и практически полная смена количественного и качественного состава гидробионтов. Как только в воде появляются биогенные элементы, сразу найдутся желающие их использовать для своего роста. Например, многие сине-зеленые водоросли, плавающие в толще воды, способны к фотосинтезу и фиксации атмосферного азота. Таким образом, их рост в водоеме не ограничен ни углеродом, ни азотом, однако он может быть лимитирован фосфором.При этом именно фосфор часто накапливается в водоемах.

Теперь вернемся к аквариумистике. Понятно, что красивый аквариум - это олиготрофная биологическая система. Критерием чистоты аквариума может служить прозрачность воды и отсутствие обрастания водорослями стекол, растений, керамики и т.д. Как этого добиться? Необходимо следовать нескольким простым принципам: