추억화

Remineralisation
다른 용도는 추억화(동음이의)를 참조하십시오.

생물화학에서 추억화(또는 추억화)는 유기물(생물학적 원천에서 파생된 분자)이 가장 단순한 무기체 형태로 분해되거나 변형되는 것을 말한다. 이러한 변형은 유기 분자에 저장된 에너지를 해방시키고 시스템 내의 물질을 재활용하여 다른 유기체에 의해 영양소로 재사용하는 역할을 하기 때문에 생태계 내에서 결정적인 고리를 형성한다.[1]

추억화는 보통 탄소, 질소, 인과 같은 생물학적으로 중요한 주요 원소의 순환과 관련이 있기 때문에 본다. 이 과정은 모든 생태계에 중요하지만 수생 생태계의 생물 화학적 역학 및 순환에서 중요한 연관성을 형성하는 수생 환경에서 특별한 고려를 받는다.

생물화학에서의 역할

관련 시리즈의 일부
생물유민화
일반
외골격(껍질)
내골격(뼈대)
치아, 저울, 엄니 등
석회화
규산화
기타 양식
기타

"재민화"라는 용어는 여러 분야에 걸쳐 여러 맥락에서 사용된다. 이 용어는 치아나 뼈와 같은 유기체의 광물화된 구조물의 개발이나 재개발을 묘사하는 약학 및 생리학 분야에서 가장 흔히 사용된다. 그러나 생물지화학 분야에서는 특정 생태계 내에서 원소 순환 체인의 연결고리를 설명하기 위해 추억화가 사용된다. 특히 회상은 살아있는 유기체에 의해 구성된 유기물질이 유기적 원천에서 나온 것으로 명백하게 식별할 수 없는 기초 무기성분으로 분해되는 지점을 나타낸다. 이것은 더 큰 구조의 더 일반적인 설명자인 분해 과정과 다르다.

생물화학자들은 다양한 이유로 모든 생태계에 걸쳐 이 과정을 연구한다. 이는 주로 주어진 시스템에서 물질과 에너지의 흐름을 조사하기 위해 수행되며, 이는 해당 생태계가 물질을 어떻게 재활용하는지와 함께 얼마나 많이 시스템에 유입되는지를 이해하는 데 핵심적이다. 주어진 시스템에서 유기 물질 회생의 비율과 역학을 이해하면 어떤 생태계가 다른 생태계보다 어떻게 또는 왜 더 생산적일 수 있는지를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

추억화 반응

회상의 과정은 [미생물 내]의 복잡한 생화학적 경로의 연속이라는 점을 유의해야 하지만, 생태계 수준 모델과 계산을 위한 일련의 한 단계 프로세스로 단순화할 수 있는 경우가 많다. 이러한 반응의 일반적인 형태는 다음과 같다.

위의 일반적인 방정식은 두 가지 반응물질로 시작한다: 유기물질의 일부 조각(유기탄소 합성)과 산화제. 대부분의 유기탄소는 산화제에 의해 산화되는 감소된 형태로 존재한다. O2) 유기체에 의해 이용될 수2 있는 CO와 에너지로. 이 과정은 일반적으로 이산화탄소2, 물 그리고 질산염이나 인산염과 같은 간단한 영양소들을 생산하는데, 이것은 다른 유기체들이 차지할 수 있다. 위의 일반적인 형태는 O를2 산화제로 고려할 때 호흡의 방정식이다. 이 맥락에서 특히, 상기 방정식은 반응물질과 생산물이 다세포 호흡에 사용되는 단기 방정식과 본질적으로 유사하지만 박테리아 호흡을 나타낸다.

전자수용체 계단식

이상적인 상대 깊이에 기초한 해양 침전물 공극수의 주요 전자 수용체 스케치

현대 해양에서의 호흡을 통한 유기물질의 퇴화는 서로 다른 전자 수용체, 깁스 자유 에너지 법칙에 기초한 호감성, 열역학 법칙에 의해 촉진된다.[2] 이 리독스 화학은 심해 퇴적물에서의 삶의 기초가 되며, 그곳에 사는 유기체에 대한 에너지의 획득 가능성을 결정한다. 더 깊은 퇴적물로 이동하는 물 인터페이스에서 이들 수용체의 순서는 산소, 질산, 망간, 철, 황산염이다. 이러한 선호하는 수용자의 지역화는 그림 1에서 볼 수 있다. 이러한 심해 퇴적물의 조닝을 통해 표면에서 아래쪽으로 이동하면 수용기가 사용되고 고갈된다. 일단 고갈되면 낮은 호감도의 다음 수용자가 그 자리를 대신한다. 열역학적으로 산소는 수용되는 가장 유리한 전자를 나타내지만 물 침전물 인터페이스에서 빠르게 소모되고 O 농도는2 심해 대부분의 장소에서 침전물 속으로 밀리미터에서 센티미터밖에 확장되지 않는다. 이 호감도는 다른 유기체들과 경쟁하는데 도움을 주는 반응으로부터 더 높은 에너지를 얻는 유기체의 능력을 나타낸다.[3] 이러한 수용자가 없는 경우, 유기물질도 메타노제시스를 통해 분해될 수 있지만, 이 유기물질의 순 산화는 이 과정에 의해 완전히 표현되지 않는다. 각 경로와 그 반응의 정지계수는 표 1에 열거되어 있다.[3]

표면 퇴적물에서 O가2 빨리 고갈되기 때문에, 대다수의 미생물들은 망간, 철, 황산염과 같은 다른 산화물들을 대사하기 위해 혐기성 경로를 이용한다.[4] 또한 각 호흡 경로의 상대적 중요성을 변화시킬 수 있는 생체 동요와 이 물질의 지속적인 혼합을 이해하는 것이 중요하다. 미생물 관점은 전자 운송 체인을 참조하십시오.

퇴적물에서의 추억화

반응

열역학적 정력에 기초한 해양 침전물 내 감소 반응의 상대적 선호도 화살표의 기원은 반전지 반응과 관련된 에너지를 나타낸다. 화살표 길이는 반응에 대한 ΔG의 추정치를 나타낸다(Libes, 2011년 추가).

광자대를 빠져나가는 모든 유기물질의 4분의 1은 회생되지 않고 해저로 내려가게 하며, 그 남은 물질의 90%는 퇴적물 자체로 회생된다.[1] 일단 침전물에 들어가면 다양한 반응을 통해 유기적인 추억이 생길 수 있다.[5] 유기물이 회생되는 일차적인 방법은 다음과 같다. 그 안에서 일반 유기물(OM)은 흔히 속기(CHO)(NH2)(106HPO334)16로 표현된다.

산소 호흡

주요 기사: 에어로빅 호흡

에어로빅 호흡은 에너지 수율이 높기 때문에 가장 선호하는 회상 반응이다. 비록 산소가 퇴적물에서 빠르게 고갈되고 일반적으로 퇴적물-물 인터페이스에서 센티미터가 소진된다.

혐기성 호흡

주요 기사: 혐기성 호흡

환경이 아산화질소나 무산화질소인 경우 유기체는 두 번째로 많은 양의 에너지를 공급하기 때문에 추억의 유기물보다 변성화(dhitrification)를 더 선호할 것이다. 변연화가 선호되는 지하 깊숙한 곳에서는 망간 감소, 철 감소, 황산염 감소, 메탄 감소(메탄생성이라고도 한다) 등의 반응이 각각 선호된다. 이러한 호감도는 깁스 자유 에너지(ΔG)에 의해 관리된다. 수역, 침전물 해저 또는 토양에서 이러한 화학반응을 제공하는 에너지의 순서로 깊이와 함께 분류하는 것을 redox gradient라고 한다.

호흡형 반응 ΔG
에어로빅 산소절감 -29.9
혐기성 데니트리피케이션 -28.4
망간감소 -7.2
철분감소 -21.0
황산염 환원 -6.1
메탄 발효 (메탄생성) -5.6

레독스조네이션

주요 기사: 리독스 그라데이션

리독스 조닝은 유기물 분해의 결과로 단자 전자를 전달하는 과정이 시간과 공간에 따라 어떻게 달라지는지를 말한다.[6] 위에서 설명한 에너지 수용기 폭포와 같은 에너지 산출량 때문에 특정 반응이 다른 반응보다 선호될 것이다.[7] 산소를 쉽게 구할 수 있는 난독성 조건에서는 에너지 수율이 높기 때문에 유산소 호흡이 선호될 것이다. 일단 호흡을 통한 산소의 사용이 생체동란과 확산으로 산소의 투입량을 초과하면 환경은 무산화물이 되고 변성화, 망간감소 등 다른 수단을 통해 유기물이 분해된다.[8]

노천에서의 추억

탁 트인 바다 속 탄소의 흐름을 보여주는 먹이 그물

대부분의 개방된 해양 생태계에서 오직 작은 유기물만이 해저에 도달한다. 대부분의 수역의 광체 영역에서 생물학적 활동은 물질을 매우 잘 재활용하는 경향이 있어서 유기 물질의 극히 일부만이 그 최상층 광합성층에서 가라앉는다. 이 최상위층 내의 추억은 빠르게 일어나고, 유기체의 고농축과 빛의 가용성으로 인해, 그러한 추억의 영양소는 종종 그들이 방출되는 것과 마찬가지로 빠르게 자동생식에 의해 흡수된다.

탈출하는 분수는 관심 위치에 따라 달라진다. 예를 들어, 북해에서 탄소 침적 값은 일차[9] 생산량의 1%에 이르는 반면, 그 값은 평균적으로 공해에서 <0.5%>이다.[10] 따라서 대부분의 영양소는 생물체가 재활용한 물기둥에 남아 있다. 이질성 유기체는 자생성 유기체들이 생산한 물질을 활용할 것이며 호흡을 통해 유기체 형태에서 무기체로 화합물을 재생시켜 1차 생산자들에게 다시 사용할 수 있게 할 것이다.

바다의 대부분의 지역에서, 탄소 회생률이 가장 높은 곳은 물기둥에서 100–1,200m(330–3,940ft) 사이의 깊이에서 발생하며, 그 깊이는 약 1,200m로 감소하고, 여기서 회생률은 0.1μmol kg−1 yr로−1 상당히 일정하게 유지된다.[11] 그 결과, 추억의 탄소(일반적으로 이산화탄소의 형태를 띤다)의 풀이 증가하는 경향이 있다.

대부분의 추억은 용해된 유기 탄소(DOC)로 이루어진다. 연구 결과 부유 입자와 용해된 유기체는 대부분 회상에 의해 소비되는 반면, 물질을 해저로[12] 운반하는 것은 더 큰 가라앉는 입자임이 밝혀졌다.[13] 이것은 부분적으로 유기체가 일반적으로 그들보다 더 작은 영양소를 섭취해야 한다는 사실, 종종 규모의 순서로 인해 발생한다.[14] 미생물 집단이 해양 바이오매스의 90%를 차지하는 상황에서 회생에 투입될 미생물(10단계−6[16])보다 작은 입자다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Sarmiento, Jorge (2006). Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-01707-5.
  2. ^ Vernberg, F. John (1981). "Benthic Macrofauna". In Vernberg, F. John; Vernberg, Winona B. (eds.). Functional Adaptations of Marine Organisms. Academic Press. pp. 179–230. ISBN 978-0-12-718280-3.
  3. ^ a b Altenbach, Alexander; Bernhard, Joan M.; Seckbach, Joseph (20 October 2011). Anoxia: Evidence for Eukaryote Survival and Paleontological Strategies. Springer Science & Business Media. ISBN 978-94-007-1896-8.
  4. ^ Glud, Ronnie (2008). "Oxygen dynamics of marine sediments" (PDF). Marine Biology Research. 4 (4): 243–289. doi:10.1080/17451000801888726.
  5. ^ Burdige, David (2006). Geochemistry of Marine Sediments. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-09506-6.
  6. ^ Postma, Dieke; Jakobsen, Rasmus (1 September 1996). "Redox zonation: Equilibrium constraints on the Fe(III)/SO4-reduction interface". Geochimica et Cosmochimica Acta. 60 (17): 3169–3175. Bibcode:1996GeCoA..60.3169P. doi:10.1016/0016-7037(96)00156-1.
  7. ^ Boudreau, Bernard (2001). The Benthic Boundary Layer: Transport Processes and Biogeochemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-511881-0.
  8. ^ Libes, Susan (2009). Introduction to Marine Biogeochemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-088530-5.
  9. ^ Thomas, Helmuth; Bozec, Yann; Elkalay, Khalid; Baar, Hein J. W. de (14 May 2004). "Enhanced Open Ocean Storage of CO2 from Shelf Sea Pumping" (PDF). Science. 304 (5673): 1005–1008. Bibcode:2004Sci...304.1005T. doi:10.1126/science.1095491. hdl:11370/e821600e-4560-49e8-aeec-18eeb17549e3. ISSN 0036-8075. PMID 15143279.
  10. ^ De La Rocha, C. L. (2006). "The Biological Pump". In Holland, Heinrich D.; Turekian, Karl K. (eds.). Treatise on Geochemistry. Treatise on Geochemistry. Vol. 6. Pergamon Press. p. 625. Bibcode:2003TrGeo...6...83D. doi:10.1016/B0-08-043751-6/06107-7. ISBN 978-0-08-043751-4.
  11. ^ Feely, Richard A.; Sabine, Christopher L.; Schlitzer, Reiner; Bullister, John L.; Mecking, Sabine; Greeley, Dana (1 February 2004). "Oxygen Utilization and Organic Carbon Remineralisation in the Upper Water Column of the Pacific Ocean". Journal of Oceanography. 60 (1): 45–52. doi:10.1023/B:JOCE.0000038317.01279.aa. ISSN 0916-8370.
  12. ^ Karl, David M.; Knauer, George A.; Martin, John H. (1 March 1988). "Downward flux of particulate organic matter in the ocean: a particle decomposition paradox". Nature. 332 (6163): 438–441. Bibcode:1988Natur.332..438K. doi:10.1038/332438a0. ISSN 0028-0836.
  13. ^ Lefévre, D.; Denis, M.; Lambert, C. E.; Miquel, J. -C. (1 February 1996). "Is DOC the main source of organic matter remineralization in the ocean water column?". Journal of Marine Systems. The Coastal Ocean in a Global Change Perspective. 7 (2–4): 281–291. Bibcode:1996JMS.....7..281L. doi:10.1016/0924-7963(95)00003-8.
  14. ^ Schulze, Ernst-Detlef; Mooney, Harold A. (6 December 2012). Biodiversity and Ecosystem Function. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-58001-7.
  15. ^ "International Census of Marine Microbes (ICoMM)". www.coml.org. Census of Marine Life. Archived from the original on 17 March 2016. Retrieved 29 February 2016.
  16. ^ "Microbe Size - Boundless Open Textbook". Boundless. Retrieved 29 February 2016.