微生物在生态系统中的地位

二、微生物在生态系统中的地位

生态系统中的生物系统历经亿万年的适应进化已经成为种类繁多，构成非常复杂的生物群体。从19世纪以后，生物学研究的先驱及以后的研究者探索从形态、生理、细胞核等多个方面对生物界进行分类，先后有人提出过二界、三界、四界、五界和六界的生物分类系统。六界理论把生物分为病毒界、原核生物界、真核原生物界、真菌界、植物界和动物界。在生物的六界系统中微生物占有四界，它既含无细胞结构的生物，也含具细胞结构的生物，既有原核生物，也有真核生物，显示了微生物在生态系统生物组成中的重要地位。20世纪70年代末，科学家在对生物rRNA序列进行广泛对比分析研究的基础上提出了细菌(真细菌Bacteria)、古菌(古生菌Archaea)、真核生物(Eukarya)三界(域)理论，并构建出三界(域)生物的系统树。在新的三界理论中微生物占有全部的细菌、古菌和部分的真核生物。

生态系统的三大类群生产者、消费者和分解者相应产生了生态系统的生产者亚系统、消费者亚系统和分解者亚系统。微生物在生态系统中主要作为分解者，在分解者亚系统中发挥重要作用，此外许多微生物在许多特定生态系统中作为生产者，在生产者亚系统中发挥重要作用，而且从利用有机物的角度出发，微生物也是重要的消费者，具有传递系统中能量的作用。从宏观角度看生态系统实际上是一个从生产(生产者系统)、消费(消费者系统)到分解(分解者系统)的闭合环状系统，这个系统的两个最关键的过程是有机物的合成(生产者系统)和有机物的分解(消费者系统)，没有了这两个系统生态系统就不能正常运转。可见微生物是生态系统构成和正常运转的必不可少的功能群。

通常生态学家把能量流动、物质循环和信息传递作为生态系统的基本功能。能量流动的基本过程是能量的固定(太阳能、化学能的固定)、能量的传递以及能量的消耗。微生物(特别是水生微型藻类)在某些生态系统(特别是水生态系统)中的能量固定中占有主导地位，而微生物分解植物残体，利用分解过程产生的能量合成细胞物质又使能量得以传递。和其他所有生物一样，微生物在生长繁殖过程中也会由于呼吸等作用而要消耗分解作用所获得的能量。生态系统的物质循环从本质上说是生物组分的合成和分解，代表性的过程是CO₂被同化成有机碳化物及其后被矿化成CO₂。在后一个过程中微生物的作用是其他生物不可替代的。生态系统中的微生物更有动物、植物所不具有的信息接收和传递系统，微生物的趋光性、趋磁性是微生物对环境中的信息反应，研究证明微生物具有由传感蛋白和应答调节蛋白组成的细胞信号系统(也称为二组分系统)来完成信号的接收和应答。通过转化作用(自然感受态细菌摄取自然环境中的DNA)实现的遗传信息的传递更是其他生物所罕见。

尽管微生物个体微小，遗传信息量少，但种类繁多，易变异、生长速度快，适应能力强，具有对环境变化的高应变能力，因此微生物比其他任何生物在生态系统的分布都更加广泛，这就有了微生物无处不在的概念。微生物能存在于其他生物不能存在的极端环境的生态系统中，高达100℃的热泉，高酸高碱性土壤，南北极低温地带，高压的深海海底，微小的昆虫消化道都存在各种各样的微生物群，发挥其独特的生态功能。

有动物、植物和微生物多种多样种类存在的生态系统，其结构更加完整，功能更加多样，系统更加稳定，生物多样性更加丰富。但只有微生物是必不可少的，实际上有没有动物、植物参与的生态系统，而不可能有没有微生物的生态系统。由此可见微生物作用的不可替代性，因而占有重要地位。