Органічні сполуки в рифовому акваріумі від Ренді Холмс-Фарлі.
Без кейворду
Органічні сполуки в рифовому акваріумі
Органічні матеріали представляють, ймовірно, найменш вивчену область хімії в рифових акваріумах. Цей факт не є особливо дивним, оскільки вони також представляють дуже погано вивчений аспект хімічної океанографії. У нещодавній статті в журналі “Nature” говориться:
” Розчинені органічні речовини (РОР) морської води є найбільшим резервуаром обмінного органічного вуглецю в океані, який за кількістю можна порівняти з атмосферним вуглекислим газом. Склад, час кругообігу і доля всіх, за винятком декількох планктонних складових цього матеріалу, в основному, невідомі”. ” 1
У цій статті ми надамо базовий огляд того, що таке органічні матеріали, що відомо і невідомо про них в океанах, як ці органічні речовини можуть відрізнятися в рифових акваріумах, а також підсумуємо деякі ефекти, як позитивні, так і негативні, які органічні речовини можуть мати в таких акваріумах.
Що таке органічні сполуки?
Хіміки визначають органічні сполуки як такі, що містять атоми вуглецю та водню. Вони можуть містити й інші атоми, але обов’язково повинні містити як вуглець, так і водень. Варто вказати на кілька винятків з цієї конвенції. Вугільна кислота (комбінація вуглекислого газу (CO 2 ) і води (H 2 O), H 2 CO 3 ) і бікарбонат-іон (HCO 3 – ) – два основних винятки, з якими стикаються акваріумісти.
Назва “органічні” походить від віри, що виникла багато століть тому, що такі сполуки можуть вироблятися тільки живими організмами. Ця назва закріпилася, незважаючи на те, що це переконання було спростовано ще в 1828 році, коли хімік синтезував сечовину (основний компонент сечі: NH 2 CONH 2 ) з двох неорганічних сполук: ціанату калію (KOCN) і хлориду амонію (NH 4 Cl).
Слід також чітко зазначити, що хімічне визначення терміну “органічний” не має нічого спільного з маркетинговим та регуляторним значенням, в якому термін “органічний” використовується в багатьох країнах для позначення певних методів ведення сільського господарства або переробки харчових продуктів.
Всі живі організми в значній мірі складаються з органічних матеріалів. Інші органічні матеріали включають цукор, крохмаль, білки, ДНК, жири, бензин, природний газ, алкоголь, автомобільні шини, стільниці Corian ©, 2 супер клей, комп’ютерні клавіатури та акрилові акваріуми.
Розчинені та тверді органічні речовини
Океанографи часто класифікують органічні матеріали як розчинені органічні речовини (РОР) або тверді органічні речовини (ТОР). Це визначення є робочим, оскільки РОР визначається як всі органічні матеріали, які можуть проходити через фільтри 0,2 – 1,0 мкм, а РОР – це всі матеріали, які затримуються такими фільтрами. Хоча це визначення є корисним і легким для інтерпретації, воно може дещо вводити в оману. Хімік, якого запитали про краплину нафти розміром 0,2 мкм у воді, не буде стверджувати, що вона “розчинена” у воді, проте вона підпадає під визначення РОР.
У рифовому акваріумі те, що описується як РОР, включатиме живі організми, такі як деякі бактерії та фітопланктон (і всі “розчинені” органічні матеріали всередині їхніх тіл). Сюди також входить те, що акваріумісти часто називають детритом: накопичений твердий органічний матеріал, який утворюється з частин мертвих організмів і згустків розчинених органічних матеріалів.
Органічні речовини в океані
Природа органічних речовин в океані погано вивчена. Частково це пояснюється величезною різноманітністю органічних речовин, що існують в океані. Кількість різних органічних сполук, які теоретично можливі, по суті, не обмежена, і фактом є те, що багато мільйонів органічних сполук були синтезовані або ідентифіковані. Ідентифікувати та кількісно оцінити всі можливі органічні речовини в морській воді просто неможливо, принаймні, за допомогою сучасних технологій. Отже, визначення форми органічних матеріалів в океані найчастіше передбачає групування їх у класи за функціональною ознакою, наприклад, чи можуть вони бути вилучені з води за допомогою гідрофобного розчинника, чи містять вони азот або фосфор тощо.
Невелика кількість органічних сполук була індивідуально ідентифікована і кількісно визначена в морській воді, але вони становлять лише невеликий відсоток від загальної маси органічного матеріалу. До числа детально досліджених відносяться прості цукри і амінокислоти, а також найпростіші органічні молекули, такі як похідні метану (CH 4 ) або етану (CH 3 CH 3 ), включаючи ацетат (CH 3 CO 2 – ). 3
Одним з цікавих аспектів органічних сполук в океані є те, що деякі з них існують там тисячі років. 1,3 Багато органічних сполук, особливо в поверхневих водах, швидко циркулюють між живими організмами, які споживають і модифікують їх, і розчиненими формами, які просто плавають навколо. Ацетат, наприклад, може мати швидкість кругообігу в середньому один раз на добу в товщі води і один раз на годину або дві в поровій воді всередині осадових порід. 3
З кожним витком цього циклу деякі з цих органічних матеріалів стають все більш і більш вогнетривкими. Тобто, вони стають все менш і менш прийнятними для організмів, і переробляються все повільніше і повільніше. Зрештою, залишаються деякі з них, які в значній мірі стійкі до подальшого біологічного розкладання та переробки, і вони можуть залишатися в якості РОР протягом багатьох тисяч років. По суті, це відходи, які залишаються після того, як кожен організм спробував їх використати.
Шляхи деградації таких тугоплавких молекул недостатньо відомі, але, ймовірно, відображають деякі рідкісні біологічні події (рідкісні бактерії стикаються з ними, вони стикаються з рідкісним ферментом, або на них діє фермент, який зазвичай не обробляє їх, і т.д.). Довгострокова деградація, ймовірно, також включає фізичні та хімічні процеси, такі як окислення киснем, озоном або іншими окислювачами, а також вплив відповідного випромінювання (ультрафіолету, рентгенівських променів, гамма-променів і т.д.).
Концентрація РОВ у морській воді
Розчинений органічний матеріал в океанах часто вимірюється з точки зору його вмісту вуглецю і називається розчиненим органічним вуглецем (РОВ) та частинками органічного вуглецю (ЧОВ). Поверхневі води океану, як правило, мають близько 60-90 м М DOC. Цей діапазон відповідає 0,7-1,1 проміле. У Таблиці 1 показано розподіл цього DOC на різні хімічні класи.
Лише близько 4-11% DOC у морській воді було кількісно визначено як окремі молекули, які можна ідентифікувати. Значна частина природи решти DOC залишається невідомою.
Органічні речовини також часто вимірюються з точки зору вмісту азоту, наприклад, розчиненого органічного азоту (DON) та часткового органічного азоту (PON). Те ж саме стосується і фосфору, використовуючи терміни розчинений органічний фосфор (РОР) і твердий органічний фосфор (ТОР). У таблиці 2 показані відносні концентрації C, N і P в розчиненому органічному матеріалі. У розчиненому органічному матеріалі азот приблизно в десять разів менш поширений, ніж вуглець, а концентрація фосфору в кілька сотень разів нижча, ніж вуглецю.
Концентрація РОР у морській воді
Рухомий органічний матеріал (РОР) складніше піддається кількісній оцінці, ніж РОР, оскільки за визначенням РОР включає всі органічні матеріали розміром більше 1 м. Це визначення включає все – від бактерій до китів. Ідентифікація його як окремих хімічних речовин також є безрезультатною справою. Тим не менш, зважені ЗОВ часто менш поширені, ніж ДОК, часто на порядок (якщо, звичайно, через зону відбору проб не проходить кит!).
Незалежно від цих ускладнень, тверді органічні речовини можуть мати важливі наслідки для рифового акваріума. Наприклад, його винесення шляхом знімання або механічної фільтрації може значно зменшити кількість азоту і фосфору, які в кінцевому підсумку потрапляють у товщу води, забезпечуючи поживними речовинами водорості. Це також є важливим трофічним ресурсом для організмів, що живляться фільтрами і відкладеннями осаду. Однак я не бачив жодних вимірювань РОВ у рифових акваріумах.
DOM в рифових акваріумах
Я не бачив надійних досліджень щодо рівнів РОВ у рифових акваріумах. Такі дослідження були б цінними, наприклад, для порівняння різних методів експорту органічних речовин, таких як активоване вугілля та знежирення. Ще більш корисним було б відстеження конкретних окремих органічних речовин, які, як вважається, викликають занепокоєння, або через бажання зберегти їх (наприклад, певні амінокислоти), або через занепокоєння щодо токсичності (наприклад, каулерпіцин та каулерпін, які розглядаються нижче). 4-10
На додаток до DOM, який виникає з природних джерел у рифових акваріумах, ми також повинні мати на увазі, що багато ліків, вітамінів, харчових добавок та добавок, оцтова кислота в оцті, метанол, етанол у горілці та безліч інших речей, які акваріумісти схильні додавати, включаються до DOM. Очевидно, що обговорення впливу всіх цих матеріалів виходить за рамки цієї статті, хоча деякі з них я згадаю мимохідь і розгляну їх більш детально в наступних статтях.
Тим не менш, один момент, який акваріумісти повинні мати на увазі щодо цих органічних добавок, полягає в тому, що методи, які використовуються для видалення природної органіки (вуглець, знежирення і т.д.), можуть також виводити органіку в добавках швидше, ніж це було б бажано.
Позитивні ефекти DOM: Енергія та поживні речовини
Розчинена органічна речовина може мати безліч позитивних або потенційно позитивних ефектів у рифовому акваріумі. Деякі з них описані в наступних розділах. Деякі з них очевидні, але інші є більш тонкими. Найбільш очевидно, що DOM може забезпечити енергією та поживними речовинами (C, N, P, залізо тощо) багато організмів, від бактерій до коралів. Крім того, оскільки бактерії можуть процвітати на МОР і самі виступають джерелом їжі для багатьох організмів, МОР є частиною основи харчового ланцюга, який піднімається до вершини разом з хижаками в рифових акваріумах.
Позитивний вплив DOM: Специфічні організми
Деякі організми можуть отримувати користь від специфічних органічних матеріалів у товщі води, які вони не можуть виробляти для себе, або не отримують достатньої кількості у своєму раціоні харчування твердими частинками, і які не використовуються просто як джерело енергії. Це можуть бути, наприклад, токсини, які вони поглинають з товщі води і які таким чином можуть приносити певну користь, роблячи організм токсичним для хижаків. 11
Іншим прикладом є аспарагінова кислота (природна амінокислота). Вона легко поглинається деякими коралами, які швидко включають її в білки, що можуть відігравати важливу роль у кальцифікації. 12 Взаємозв’язок між певними амінокислотами та кальцифікацією в коралах був коротко згаданий у попередній статті про механізм кальцифікації і буде детально розглянутий у наступній статті. Нижче наведено коротке пояснення того, як і чому аспарагінова кислота та деякі інші амінокислоти й органічні матеріали можуть бути залучені до процесу кальцифікації.
Відомо, що органічні молекули відіграють значну роль у формуванні карбонату кальцію в багатьох організмах, включаючи черепашки морських вушок 13 та інші черепашки молюсків. 14 Ці матеріали можуть бути білками, глікопротеїнами, мукополісахаридами та фосфоліпідами (і, ймовірно, іншими, які ще не ідентифіковані). Вони допомагають індукувати зародження і ріст арагоніту і часто називаються “органічною матрицею”, оскільки значна частина скелету коралів складається з цих органічних матеріалів.
У випадку з коралами є відносно мало інформації про те, що саме роблять ці органічні матеріали. Структури деяких з цих білків містять надзвичайно велику кількість залишків аспарагінової кислоти. Ці амінокислоти здатні зв’язуватися з кальцієм, але чи є це критично важливою функцією чи ні, не встановлено. Ось деякі припущення про те, що ці органічні речовини можуть робити по відношенню до кальцифікації:
- Вони можуть допомогти контролювати концентрацію вільного кальцію в коралі, і тим самим допомогти контролювати швидкість осадження карбонату кальцію.
- Вони можуть контролювати місце зростання кристалів, зв’язуючи вільний кальцій і переправляючи його в те місце, де корал хоче, щоб відбувалося осадження.
- Вони можуть зв’язуватися з поверхнею кристала арагоніту і тим самим контролювати швидкість випадання опадів.
- Вони можуть зв’язуватися з поверхнею кристала арагоніту і тим самим перешкоджати опадам в тих місцях, де корал не хоче, щоб скелет ріс.
- Вони можуть зв’язуватися з поверхнею кристала арагоніту і тим самим перешкоджати зв’язуванню магнію, фосфату або інших іонів, які, як відомо, пригнічують ріст кристалів карбонату кальцію.
Незалежно від задіяних механізмів, потреба в цих органічних речовинах для кальцифікації легко перевіряється. Allemand, et al 15 вивчали роль таких матеріалів у Stylophora pistillata. Цікаво, що вони виявили, що інгібітори синтезу білка значно знижують швидкість кальцифікації. Наприклад, зменшення синтезу білка на 60-85% знижувало кальцифікацію на 50%. Пригнічення синтезу глікопротеїнів дало аналогічний результат. Ці результати не були наслідком зниження метаболізму, а скоріше були ефектом специфічного зниження тільки синтезу білка і глікопротеїнів. Найважливішим висновком їхньої роботи може бути те, що швидкість скелетогенезу може лімітуватися більшою мірою швидкістю біосинтезу та екзоцитозу білків органічного матриксу, ніж відкладенням кальцію.
Цікаво, що очевидно велика потреба в певній амінокислоті (аспарагінової) для синтезу цих білків задовольняється зовнішніми джерелами, а не самим коралом або його зооксантелами. З цієї причини деякі акваріумісти додають аспарагінову кислоту або комерційні препарати, що містять її, у свої акваріуми. Чи є явна користь від цього додавання, ще належить з’ясувати.
Позитивний вплив DOM: Біодоступність металів
Розчинений органічний матеріал може зв’язуватися та модулювати розчинність, біодоступність та токсичність багатьох металів, таких як залізо та мідь. Чи є це добре чи погано, повністю залежить від металу, його концентрації, конкретного організму, а також від природи та концентрації органічної речовини.
Метали приймають різноманітні форми в морській воді, і ці різні форми мають дуже різні властивості. Мідь, наприклад, існує в безлічі форм. 16 У природній морській воді нещодавно стало зрозуміло, що мідь майже повністю зв’язана органічними матеріалами. 17 Багато з цих органічних речовин називаються хелаторами. Хелатуючий агент – це той, який може захоплювати мідь з двох або більше напрямків одночасно.
У природній морській воді ці органічні речовини приймають різні форми. Гумінові та фульвокислоти, наприклад, є двома найважливішими типами матеріалів, які зв’язують мідь та інші метали в морській воді. 17-19 Відомо також, що вони значно знижують токсичність металів, оскільки в багатьох випадках саме вільна мідь є найбільш токсичною. 17 Ці класи органічних матеріалів складаються з того, що залишається, коли білки, вуглеводи та багато інших природних органічних матеріалів біологічно розкладаються до стану, коли подальша деградація відбувається дуже повільно. Гумінові та фульвокислоти (різниця між ними полягає лише в тому, що гумінові кислоти є більш гідрофобними, ніж фульвокислоти) мають широкий спектр структур та фізичних властивостей. Зазвичай вони є високомолекулярними органічними кислотами, з розмірами від 500 до 10 000 дальтон (грамів/моль). Вони також можуть бути частинами більших збірок органічних матеріалів, які можна було б назвати колоїдними (дуже маленькі частинки), а не дійсно “розчиненими”. Звичайно, вони також можуть бути частиною твердих органічних речовин, якщо вони накопичуються в частинки достатнього розміру. Гумінові та фульвокислоти складаються з амінокислот, цукрів, аміноцукрів, жирних кислот та інших органічних функціональних груп. Різні райони і глибини в океані містять різну кількість і специфічні типи цих органічних матеріалів. Як згадувалося вище, типові значення для загального вмісту розчиненого органічного вуглецю становлять близько 1 проміле вуглецю для тропічної поверхневої морської води. 19 Гумінові речовини зазвичай складають близько 10-20 % від цієї загальної кількості, а фульвокислоти в деяких випадках можуть становити більше 50 %. 19
Оскільки мікроелементи присутні в морській воді в концентраціях набагато нижчих за 1 проміле, в акваріумах може бути достатньо органічних матеріалів для зв’язування більшості або всіх цих металів. У цих органічних матеріалах будуть ділянки, де кілька карбонових кислот, фенолятів, тіолятів, аміногруп або інших металозв’язуючих груп об’єднуються разом. На цих ділянках іон металу буде найбільш міцно зв’язаний. Структурно важко показати “типове” зв’язування гумінової кислоти з міддю, але структура на рисунку 1 показує одну з можливостей.
Рисунок 1. Схема хелатування іона міді (Cu ++; показано червоним кольором) природною гуміновою кислотою (показано зеленим кольором).
На цьому малюнку центральний позитивно заряджений іон міді (Cu ++ ) хелатується більшою гуміновою кислотою, показаною зеленим кольором. Він іонно зв’язаний двома негативно зарядженими групами карбонових кислот і комплексоутворений однією нейтральною аміногрупою. Разом ці три групи можуть утримувати іон міді на багато порядків сильніше, ніж будь-яка окрема група зв’язування.
У дуже великій книзі “Біогеохімія морської розчиненої органічної речовини” 19 зазначається:
” Колективні висновки встановлюють, що значний компонент біологічно активних, або поживних, металів (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd) знаходиться в колоїдній фазі разом з численними іншими мікроелементами. “
Що це означає для акваріумістів? Просто те, що ми нічого не знаємо про те, чи є мікроелементи в наших акваріумах адекватно або надмірно біологічно доступними, незалежно від концентрації. Насправді, в рифових акваріумах можуть навіть виникати ситуації, коли достатньо певного металу (скажімо, міді), щоб вбити один організм, який може легко поглинати органіку, з якою він пов’язаний, і фактично мати виснаження міді в іншому організмі, який не в змозі скористатися цією формою.
Позитивні ефекти DOM: Інгібування абіотичного осадження CaCO3
Розчинений оганічний матеріал може зв’язуватися з поверхнею карбонату кальцію в рифових акваріумах, сповільнюючи осадження карбонату кальцію, сприяючи підвищенню рівня кальцію, лужності та рН з меншим осадженням карбонату кальцію на такі об’єкти, як нагрівачі та насоси, ніж це могло б відбуватися в іншому випадку. Магній і фосфат також відіграють цю роль у морській воді. Коли карбонат кальцію починає випадати в осад, ці іони, а також, можливо, органічні речовини, зв’язуються на зростаючій поверхні кристала карбонату кальцію. По суті, вони закупорюють поверхню так, що вона більше не виглядає як карбонат кальцію, роблячи її нездатною притягувати більше кальцію і карбонату, і випадання осаду припиняється. Якби не ці іони, абіотичні (небіологічні) опади карбонату кальцію, ймовірно, збільшилися б до такої міри, що акваріумісти більше не змогли б підтримувати природні рівні кальцію та лужності.
Важливість органічної речовини для цього ефекту в рифовому акваріумі незрозуміла. До тих пір, поки процес відбувається виключно для абіотичного осадження карбонату кальцію, а не там, де корали відкладають свої скелети, це, ймовірно, позитивний ефект. Однак, коли він пригнічує кальцифікацію коралами або кораловими водоростями, такий ефект, швидше за все, буде розглядатися як згубний.
Вплив РОР: Запах
Будь-який запах, який зустрічається в рифовому акваріумі, є органічною молекулою. Єдиним великим винятком є сірководень (запах тухлих яєць, який іноді утворюється в анаеробних середовищах). Ці запахи включають “океанський” запах, який багато людей вважають приємним, а також неприємні запахи від мертвих коралів і молюсків, або які деякі знаходять у скімматі (мій завжди пахне добре).
Негативний вплив DOM: Енергія та поживні речовини
Той самий ефект забезпечення організмів енергією та поживними речовинами, який може вважатися перевагою, коли організм є чимось, що акваріумісти вважають за краще для процвітання, цілком може вважатися шкодою, коли організми, про які йдеться, є ціанобактеріями або мікроводоростями. Однак, незважаючи на уподобання акваріумістів, органічні матеріали можуть надавати такі “переваги” організмам, незалежно від того, віддають їм перевагу чи ні.
ОСВ може не тільки безпосередньо поглинатися для забезпечення вуглецем, азотом і фосфором, але й розщеплюватися організмами та вивільнятися у вигляді неорганічних поживних речовин, таких як ортофосфат, аміак, нітрити та нітрати: 16
- (CH 2 O) 106 (NH 3 ) 16 (H 3 PO 4 ) + 138 O 2 106 CO 2 + 122 H 2 O + 19 H + + PO 4 — + 16 NO3– органічні + кисень � вуглекислий газ + вода + іон водню + фосфат + нітрат
Ці неорганічні поживні речовини можуть стимулювати ріст небажаних акваріумних водоростей, а також викликати інші проблеми (наприклад, фосфат пригнічує кальцифікацію коралів). Отже, DOM (а також POM) може діяти як безпосередньо як джерело поживних речовин, так і як джерело неорганічних поживних речовин.
У деяких акваріумах спостерігається великий ріст ціанобактерій або мікроводоростей, і в цих випадках експорт частини DOM і POM з товщі води може бути корисним для зменшення проблеми. Додавання оцту до вапняної води корелює з ростом того, що виглядає як бактеріальні килимки в деяких акваріумах. Імовірно, бактерії процвітають на ацетаті, що міститься в оцті.
Негативний вплив DOM: Рівень кисню
Ще одним недоліком органічних речовин, які поглинаються бактеріями та іншими організмами, є те, що для їх метаболізму такі організми використовують кисень (якщо вони є аеробними організмами). Рівняння 1 (вище) показує чистий ефект того, що відбувається при метаболізмі органічних речовин. На кожен атом вуглецю в типовій органічній молекулі в морській воді споживається 1,3 молекули кисню. При рівнях РОВ у природній морській воді порядку 1 проміле цей результат означає, що вміст кисню зменшився б на 3,5 проміле, якби він був повністю окислений. Очевидно, що не весь вуглець буде швидко і повністю окислений, але якщо рівні органічних речовин в деяких акваріумах помітно вищі, ніж в океані, то потенціал виснаження кисню може бути дуже важливим відносно нормальних рівнів насичення порядку 7 ppm кисню.
Наслідком такого споживання кисню є те, що рівень кисню може бути нижчим в акваріумах з високим вмістом органічних речовин, особливо вночі, коли фотосинтез не виробляє надлишкового кисню. Більше того, під час відключення електроенергії, коли і аерація, і фотосинтез значно знижуються, метаболізм органіки протікає безперебійно, знижуючи вміст кисню у воді швидше, ніж це було б за відсутності DOM.
Негативний вплив DOM: ОВП
Багато акваріумістів пояснюють низькі показники ОВП підвищеним рівнем DOM (і POM) в акваріумах. У багатьох випадках це дійсно так. Однак недоліки низького ОВП, яких побоюються багато акваріумістів, цілком можуть бути викликані безпосередньо самою органікою, а не ОВП. Таким чином, стверджувати, що високий вміст DOM небажаний лише тому, що він спричиняє зниження ОВП, може бути подвійним підрахунком. У попередній статті я стверджував, що сам по собі ОВП, особливо коли він порушується таким окислювачем, як озон, не є хорошим показником якості води в цілому або органічних речовин у воді зокрема. Тим не менш, існує сильний зв’язок між органікою у воді та ОВП, про який акваріумісти повинні знати. Точний зв’язок між ними в рифових акваріумах є складним, і не всі аспекти добре відомі, але те, що відомо, описано в статті, на яку посилається вище, як у легкій для розуміння формі, так і в більш суворих наукових дискусіях.
Негативний вплив DOM: Токсини
Морські організми можуть виробляти безліч органічних токсинів. Розгляд багатьох токсинів, які можуть турбувати акваріумістів, виходить за рамки цієї статті, але деяке обговорення, безумовно, заслуговує на увагу. Ці токсини можуть навмисно виділятися організмами для вбивства сусідів або конкурентів, або ж вони можуть зберігатися в організмі для відлякування хижаків (виділяючись лише під час зустрічі з хижаками, яка може закінчитися смертю, а може і не закінчитися). Деякі з них є досить простими біохімічними речовинами. Домоєва кислота, наприклад (рис. 2), є досить простою біохімічною речовиною, яка виробляється багатьма видами діатомових водоростей. Сигуатоксин, з іншого боку (рис. 3), є складною молекулою, що виробляється динофлагелатом. Потрапляючи через харчовий ланцюг до людей, він був причетний до багатьох смертельних випадків, і, як повідомляється, щорічно ним хворіє 20 000 людей. 20
Малюнок 2. Домоєва кислота, токсин, що виробляється діатомовими водоростями.
Малюнок 3. Сигуатоксин, токсин, що виробляється динофлагелатами.
Каулерпін (Рисунок 4) і каулерпіцин іноді називають токсинами, хоча вони, як видається, в першу чергу є регуляторами росту, присутніми в різних видах макроводоростей, особливо в Caulerpa. У більшості досліджень вони не є особливо токсичними для тварин або бактерій. 4-10 Багато акваріумістів відмовляються утримувати Caulerpa sp. у своїх акваріумах, іноді посилаючись на можливість підвищеного рівня таких токсинів як на причину. Незалежно від того, чи викликають ці конкретні “токсини” першочергове занепокоєння чи ні, вивчення структури цих видів токсинів може допомогти запропонувати способи їх видалення (наприклад, вуглець, оскільки вони дуже гідрофобні), але я ніколи не бачив вимірювань рівнів будь-яких токсинів в акваріумах або порівнянь того, наскільки добре різні механізми експорту можуть знизити ці рівні. Я б вважав, що такі вимірювання мали б значну цінність для акваріумістів.
Малюнок 4. Каулерпін, сполука, що виробляється макроводоростями, включаючи види Caulerpa.
Негативний вплив DOM: Поглинання світла
Однією з проблем, пов’язаних з РОР, є те, що він може поглинати світло. Це поглинання слугує для зменшення інтенсивності світла, що досягає фотосинтезуючих організмів, а також може призвести до пожовтіння води в акваріумі. Використання активованого вугілля для усунення жовтого забарвлення води в акваріумах шляхом зв’язування органічних матеріалів було розглянуто в попередній статті. Інші методи видалення та деградації органічних речовин також можуть слугувати для зменшення поглинання світла та забарвлення, включаючи знежирення, озон та інші окислювачі, а також використання органічних смол, таких як полі-фільтр.
Багато з ефектів РОР також поширюються на тверді органічні речовини (ТОР). Це може відбуватися як безпосередньо, так і в результаті того, що РОР утворюють РОР, коли вони розкладаються в акваріумі, або включають РОР в матрицю твердих частинок. Деякі ефекти, однак, відрізняються. Наприклад, тверді частинки органічного матеріалу не містять таких високотоксичних органічних молекул, які можуть міститися в РОВ (наприклад, цигатоксин). Він також використовується як джерело їжі іншою підгрупою мешканців рифових акваріумів, ніж DOM. Однак він є дуже важливим учасником багатьох процесів, пов’язаних з органічними речовинами в рифових акваріумах.
Методи експорту DOM та POM
Існує безліч способів видалення органіки з рифових акваріумів. Вони включають використання активованого вугілля, знежирення, полімерних смол та механічну фільтрацію, а також можуть включати денітратори вуглецю та сірки. Всі ці методи видалення можуть мати різну ефективність для різних складових загальної органічної речовини. Отже, комбінації різних методів можуть бути більш корисними, ніж один метод окремо. Однак, експорт органічних речовин є занадто довгою темою, щоб детально розглядати її тут, і вона буде більш детально висвітлена в наступних статтях.
На мою думку, органічні матеріали є однією з найбільших хімічних загадок у рифовому акваріумістиці. Це нерозуміння випливає з двох основних проблем: величезна кількість різних органічних хімічних речовин присутня в акваріумах, і всі вони важко піддаються кількісній оцінці (порівняно з тестуванням на неорганічні іони, наприклад). Цей брак розуміння може призвести до того, що акваріумісти бояться того, що не є проблемою, і пропускають те, що є проблемою.
Будемо сподіватися, що рифові акваріумісти майбутнього будуть краще розбиратися в тому, що відбувається з органікою в їх акваріумах. На нещодавній конференції MACNA в Бостоні я розмовляв з кількома професійними хіміками, і деякі з них виявили бажання та можливість почати вирішувати ці питання. Для того, щоб заохотити таких людей до роботи, ми повинні з’ясувати, які найбільш нагальні проблеми можна вирішити за допомогою наявних на сьогоднішній день технологій. Після того, як це буде визначено, отримання корисних результатів – це здебільшого питання часу та грошей.
А поки що, щасливого рифінгу!
1. Змінне старіння та зберігання розчинених органічних компонентів у відкритому океані. Лох, Ай Нін; Бауер, Джеймс Е.; Друффель, Еллен Р. М. Школа морських наук, Коледж Вільяма і Мері, Глостер-Пойнт, Вірджинія, США. Nature (Лондон, Сполучене Королівство) (2004), 430(7002), 877-881.
2. Corian® Solid Surface розповсюджується і продається компанією DuPont по всьому світу.
3. Кругообіг ацетату в товщі води та поверхневих відкладеннях затоки Лонг-Айленд Саунд після цвітіння. Ву, Хангуо; Грін, Марк; Скрентон, Мері І. Дослідницький центр морських наук, Державний університет Нью-Йорка, Стоні Брук, штат Нью-Йорк, США. Лімнологія та океанографія (1997), 42(4), 705-713.
4. Токсини, пов’язані з лікарськими та їстівними морськими водоростями. Хіга, Тацуо; Кунійоші, Масаюкі. Кафедра хімії, біології та морських наук, Університет Рюкю, Окінава, Японія. Журнал токсикології, огляди токсинів (2000), 19(2), 119-137.
5. Каулерпін, каулерпіцин, Caulerpa scalpelliformis: порівняльне дослідження гострої токсичності. Vidal, J. P.; Laurent, D.; Kabore, S. A.; Rechencq, E.; Boucard, M.; Girard, J. P.; Escale, R.; Rossi, J. C. Fac. Pharm., Univ. Montpellier I, Montpellier, Fr. Botanica Marina (1984), 27(12), 533-7.
6. Розподіл каулерпіну та каулерпіцину у восьми видах зеленої водорості Caulerpa (Caulerpales). Vest, S. E.; Dawes, C. J.; Romeo, J. T. Dep. Biol., Univ. of South Florida, Tampa, FL, USA. Botanica Marina (1983), 26(7), 313-16.
7. Антибактеріальна активність основних вторинних метаболітів, виявлених у чотирьох видів їстівних зелених макроводоростей роду Caulerpa. Vairappan, Charles Santhanaraju. Інститут морських досліджень Борнео, Університет Малайзії Сабах, Сабах, Малайзія. Азіатський журнал мікробіології, біотехнології та наук про навколишнє середовище (2004), 6(2), 197-201.
8. Прогрес досліджень Caulerpin: регулятор росту рослин з водоростей. Хуан, Лібо; Цен, Інчжоу; Сюй, Шихай; Лі, Яолан; Сюй, Шаою; Ву, Цюмін. Хімічний факультет, Цзінаньський університет, Кантон, Ул. Китай, Кантон, КНР. Tianran Chanwu Yanjiu Yu Kaifa (2001), 13(2), 74-78.
9. Інгібуючі ефекти екстрактів з морської водорості Caulerpa taxifolia та токсину з Caulerpa racemosa на мультисенобіотикорезистентність у мишачої губки Geodia cydonium. Шродер, Хайнц К.; Бадрія, Фарід А.; Айяд, Сейф Н.; Батель, Ренато; Вайнс, Маттіас; Хассенейн, Хамді М. А.; Курелець, Бранко; Мюллер, Вернер Е. Г. Інститут фізіологічної хімії хутра, Відділення молекулярної біології, Університет, Майнц, Німеччина. Екологічна токсикологія та фармакологія (1998), 5(2), 119-126.
10. Внутрішньорослинна варіація концентрації вторинних метаболітів у трьох видів Caulerpa (Chlorophyta: Caulerpales) та її вплив на рослиноїдних риб. Мейєр, Карен Д.; Пол, Валері Дж. Lab., Univ. of Guam, Mangilao, Guam. Морська екологія: Серія прогресу (1992), 82(3), 249-57.
11. Поглинання та накопичення розчиненого радіоактивно міченого нодулярину в зоопланктоні Балтійського моря. Карьялайнен, М.; Рейнікайнен, М.; Ліндвалл, Ф.; Спуф, Л.; Мерілуото, Я. А. О. Фінський інститут морських досліджень, Гельсінкі, Фінляндія. Екологічна токсикологія (2003), 18(1), 52-60.
12. Синтез органічного матриксу в склерактинових коралах Stylophora pistillata: роль у біомінералізації та потенційна мішень трибутилтіну. Allemand, Denis; Tambutte, Eric; Girard, Jean-Pierre; Jaubert, Jean. Європейська океанологічна обсерваторія, Науковий центр Монако, Монако. Журнал експериментальної біології (1998), 201(13), 2001-2009.
13. Пряме спостереження за переходом від росту кальциту до арагоніту, індукованого білками черепашки морського вушка. Томпсон, Дж. Б., Палоці, Г. Т., Кіндт, Я. Х., Міхенфельдер, М., Сміт, Б. Л., Стакі, Г., Морс, Д. Е., Хансма, П. К. (2000). Biophys J 79: 3307-3312.
14. Контроль поліморфізму арагоніту або кальциту макромолекулами черепашки молюсків. Фаліні, Г., Альбек, С., Вайнер, С. і Аддаді, Л. (1996) Science 271, 67-72.
15. Синтез органічного матриксу в склерактинових коралах Stylophora pistillata: роль у біомінералізації та потенційна мішень трибутилтіну. Allemand, Denis; Tambutte, Eric; Girard, Jean-Pierre; Jaubert, Jean. J. Exp. Biol. (1998), 201(13), 2001-2009.
16. Хімічна океанографія, друге видання. Міллеро, Френк Дж. (1996), 496 с.
17. Взаємне порівняння вольтамперометричних методів для визначення хімічного виду розчиненої міді в прибережній пробі морської води. Бруланд, Кеннет В.; Рю, Іден Л.; Донат, Джон Р.; Скрабал, Стівен А.; Моффетт, Джеймс В. Інститут морських наук, Каліфорнійський університет в Санта-Круз, Санта-Круз, Каліфорнія, США. Analytica Chimica Acta (2000), 405(1-2), 99-113.
18. Хімічне видоутворення міді та цинку в поверхневих водах західного Причорномор’я. Мюллер, Франсуа Л. Л.; Гулін, Сергій Б.; Кальвой, Ашильд. Хімічний факультет, Бергенський університет, Берген, Норвегія. Морська хімія (2001), 76(4), 233-251.
19. Біогеохімія морських розчинених органічних речовин. Хансен, Денніс А.; Карлсон, Крейг А.; редактори. США. (2002), 774 стор. Видавництво: (Academic Press, Сан-Дієго, Каліфорнія).
20. Хімія, етіологія та методи визначення токсинів сигарети. Ясумото, Такеші; Сатаке, Масаюкі. Сільськогосподарський факультет, Університет Тохоку, Сендай, Японія. Журнал токсикології, огляди токсинів (1996), 15(2), 91-107.
Source: reefkeeping.com