Значение микроорганизмов в природе
I. Сущность микробиологического синтеза
Значение микроорганизмов в природе.
Самым важным процессом в живой природе, от которого зависит существование человека и других живых организмов, является фотосинтез. Он осуществляется растениями, которые содержат в своих клетках зеленый пигмент хлорофилл. Большинство микроорганизмов (дрожжи, плесневые грибы, бактерии) являются бесхлорофилльными низшими растениями.
Однако некоторые низшие одноклеточные растения, например хлореллы, содержат хлорофилл, а это значит, что они способны осуществлять фотосинтез. Суммарную реакцию фотосинтеза можно записать так:
В процессе фотосинтеза образуется не только глюкоза и кислород, но и другие вещества более сложного состава, образующие протоплазму.
Фотосинтез происходит при участии клеточных органоидов – хлоропластов, где и находится хлорофилл, а так же митохондрии. В последних происходит обратный фотосинтезу процесс – процесс окисления органических веществ. При окислении глюкозы образуется углекислый газ, вода и высвобождается энергия.
Известно, что основным источником энергии для биологических процессов является единственная звезда Солнечной системы – Солнце. Ежесекундно Солнце излучает огромное количество солнечной энергии, которое эквивалентно примерно 4 миллионам тонн массы. Солнечная энергия возникает при превращении ядер водородных атомов – протонов в ядра гелия в ходе сложных ядерных реакций, протекающих в Солнце.
Часть солнечной энергии доходит до Земли в виде фотонов света, или квантов. От общего количества дошедшей до Земли солнечной энергии фотосинтезирующие организмы используют только 0,1 – 1,0%. Аккумулированная в органических веществах энергия широко используется в микробиологическом биосинтезе.
В него включаются и другие виды энергии, которые используют предприятия микробиологической промышленности (электричество, топливо). Человек употребляет в пищу в основном органическую массу, полученную в сельскохозяйственном производстве, что составляет 5% всей продукции фотосинтеза. Огромные богатства органических веществ содержат леса. Их продукция рассматривается как перспективное сырье для микробиологической промышленности.
Однако в природе встречаются хемосинтезирующие микроорганизмы, которые способны синтезировать органические соединения из 
без помощи хлорофилла и без прямого использования солнечной энергии. Энергию, необходимую для синтеза, они получают путем окисления минеральных веществ.
К хемосинтезирующим организмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию:
;
.
К хемосинтетикам относятся и водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода:
.
Водородные бактерии, культивируемые в питательной среде, которая содержит минеральные вещества и смесь газов 
, 
и 
, дают богатую белками микробную массу. Так как и можно получить электролизом из воды, то пригодную для целей питания и животноводства органическую массу можно получать из минеральных веществ, воды, воздуха и электроэнергии.
Микроорганизмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из в процессе хемо- или фотосинтеза, называют автотрофными, а микроорганизмы, для существования которых необходимы уже готовые органические вещества, - гетеротрофными.
В круговороте углерода в природе принимают участие и авто- и гетеротрофные организмы.
Микроорганизмы разрушают крахмал и целлюлозу до сахаров, спиртов, кислот, метана, диоксида углерода и водорода. Таким образом, микроорганизмы участвуют в общем круговороте углерода.
Растения, использующие минеральные соединения фосфора, образуют необходимые нуклеиновые кислоты. Микроорганизмы разрушают содержащиеся в остатках растений фосфорорганические вещества и в виде минеральных соединений опять возвращают в почву. Таким образом, микроорганизмы активно участвуют в процессе превращения фосфора.
Важное значение имеют микроорганизмы в процессе превращения азота.
В атмосфере азот является самым распространенным элементом, но растениям и животным молекулярный азот воздуха практически недоступен. Растения могут получить атмосферный азот только при участии микроорганизмов. В первую очередь это клубеньковые бактерии, находящиеся в симбиозе с бобовыми растениями. Такие бактерии обеспечивают азотом не только само растение, но и почву.
Микроорганизмы не только имеют способность усваивать атмосферный азот, но и разрушать белки до аминокислот, а затем до аммиака (аммонификация). Другие микроорганизмы восстанавливают нитраты до свободного азота (денитрификация), сульфаты – до сероводорода, двухвалентное железо превращают в трехвалентное и т.д. (Беккер)