Основные биопродуценты и их эволюция

Живое вещество любого участка суши или моря характеризу­ется определенными биоценозами. Биоценоз — это совокупность всех живых организмов (животных, растений, грибов и др.), со­вместно населяющих какой-либо участок суши и (или) водоема. В любом биоценозе по типу питания выделяются три группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты — живые организмы, производящие живое вещество из неживого, автотрофы, например зеленые растения, водоросли; консумен­ты — потребители, питающиеся ОБ продуцентов, — гетеротро-фы — все животные; редуценты — грибы и бактерии, разлагаю­щие ОБ как консументов, так и продуцентов, минерализую­щие его.

Основным продуцентом ОВ в современных водоемах являет­ся фитопланктон. Поскольку НМ потенциал ОВ в основном определяется долей липидных и липоидных компонентов в ис­ходном ОВ, то именно распределение этой группы соедине­ний в основных продуцентах представляет особый интерес

Повышенной концентрацией липидов отли­чаются диатомовые водоросли. Современные диатомовые водоросли синтезируют более 50% ОВ. Распространение они получили с конца юрского периода, хотя некоторые ис­следователи считают, что первые диатомеи появились уже к нача­лу палеозоя. Диатомеи содержат повышенные концентрации внутриклеточных липидов (до 38% сухого веса). Характерной особенностью диатомовых и некоторых других водорослей (золотистых, желтозеленых, перидиней) является их способность накапливать в виде запасных веществ липиды. Содержание и состав запасных липидов зависят от разных экологических фак­торов: освещенности, содержания минеральных веществ. Уста­новлено, что при недостатке азота, при голодании в диатоме-ях резко возрастает доля липидов в ОВ. Дополнительные накоп­ления липидов происходят в результате стрессовых ситуаций: об­лучение, холод, тепло, нарушение солевого обмена, воздействие химических стимуляторов. В эксперементальных условиях доля липидов возрастала до 70%. Накопив запасные вещества, водоросль может их сама израс­ходовать в процессе жизнедеятельности. Для того чтобы запасные липиды попали в осадок, необходимо отмирание организма в мо­мент накопления этих резервных веществ. Таким образом, на со­став ОВ осадка влияют не столько экологические условия жизни основных биопродуцентов, сколько условия их отмирания, т.е. танатоценозы.

При переходе по пищевой цепи от продуцента к следующему звену пищевой цепи масса ОВ сокращается на порядок. В ряду фитопланктон - копеподы -> рыбы -> хищники масса ОВ сокра­тилась в 1000 раз.

Вклад бактериального ОВ в исходное ОВ неоднозначно оце­нивается различными исследователями. Ведущая роль бактерий в преобразовании ОВ, в формировании окислительно-восстанови­тельной обстановки, в воздействии на минеральную составляю­щую породы признается всеми. Бактерии — наиболее распрост­раненные представители живого вещества.

Таким образом, геохимическая роль бактерий заключается прежде всего в разложении огромных масс растительных и жи­вотных остатков. Велика роль их в круговороте С, N, P, S, Fe, Мп и др. С жизнедеятельностью бактерий связаны процессы био­деградации нефти и нафтидов, образования и разрушения серы и сульфидных руд, окисления метана в угольных месторождениях и т.д. Если вопрос о вкладе бактериального ОВ в исходное ОВ до сих пор дисскусионен, то участие липидной составляющей бакте­рий в формировании состава ОВ бесспорно.

Высшие растения также являются поставщиком органическо­го вещества в исходное ОВ аквальных осадков. ОВ высших расте­ний представлено главным образом целлюлозой и лигнином, доля липоидных компонентов в них в целом мала.

Состав и тип захороняющегося в осадках ОВ определяется прежде всего соотношением разных групп организмов-поставщи­ков, фациальной и физико-химической обстановками осадкона-копления.

Биохимические предшественники нефти (рис. 3.2) могли на­ходиться только в кайнозойском бассейне, т.е. в бассейне того времени, к которому сформировались все известные ныне груп­пы растений и животных.

Химический состав ископаемых осадков в какой-то степени отражает биоценозы, вернее, танатоценозы соответствующих гео­логических эпох.

В додевонское время основными поставщиками ОВ были си-незеленые и прочие водоросли и бактерии, высшие растения от­сутствовали, поэтому в отложениях додевонского времени пыль­ца, кутикула, витринит, растительные воски не наблюдаются. В ОВ этих отложений нет подавляющего превосходства нечетных УВ среди высших нормальных алканов. Сравнивая химический состав ОВ отложений разного возраста (имеется в виду ОВ, не измененное или мало измененное в катагенезе), далеко не всегда можно определить «возрастные» отличия или специфику исход­ного ОВ, поскольку все планктоногенное ОВ в отложениях раз­личного возраста сформировано за счет фитопланктона и бактерий; все остальные поставщики ОВ —, незначительная примесь, которая может и не сказаться на химическом составе захоронен­ного ОВ.

Заметные отличия в химическом составе ОВ фиксируются только для двух крайних типов: 1) планктоногенного, образован­ного за счет жизнедеятельности фитопланктона и бактерий, чйс-то сапропелевого; 2) органического вещества наземного проис­хождения, образованного за счет высших растений, гумусового или арконового ОВ. Помимо отличий в углеводородной части меняется валовый химический состав, что приводит, в частности к изменению величины Н/С_ат.

Известно, что климат и температура воды влияют на жизне­деятельность организмов и состав образованных исходным ОВ продуктов. Так, снижение среднегодовых температур, происходя­щее в связи с похолоданием от кембрия до современного перио­да, повлияло на структуру масел исходного ОВ в направле­нии повышения содержания ненасыщенных жирных кислот присущих данному виду. Поскольку экспериментально установ­лено, что насыщенные жирные кислоты - источник алканов, а ненасыщенные - нафтеновых УВ, то соотношение алканы/цик-ланы, производных насыщенных и ненасыщеных кислот, синте­зируемых растениями, контролируется температурой' среды обитания.

Характер распределения некоторых биомаркеров (стеранов С₂₈ и С₂₉) в УВ фракции морского ОВ и нефтей различного воз­раста в геологической истории позволил наметить их генетичес­кую связь с эволюцией основных продуцентов ОВ (рис. 3.3). Эта эмпирически установленная закономерность — увеличение отно­шения стеранов С₂₈/С₂₉ от кембрия к кайнозою — не объясняет характер распределения стеранов в докембрийском ОВ и нефтях.

До сих пор состав исходных биопродуцентов докембрия изу­чен крайне слабо.