?

Log in

Previous Entry | Next Entry

Про азот

Aтмосфера Земли содержит 4×1018 кг азота. Но, несмотря на такое изобилие, азот - вполне дефицитный элемент для живых существ. Процесс перевода азота в биологически доступную форму называется фиксацией. Из огромного количества азота фиксируется только крошечная часть - 4×1011 кг/год. В наше время примерно половина фиксируется антропогенно при производстве удобрений [2]. По оценкам, промерно половина азота, потребляемого людьми, произведена промышленно, иными словами, без промышленной фиксации азота Земля могла бы прокормить вдвое меньше людей [3].

popul

Картинка из [3]. (В скобках: полагаю, что среди евреев, повлиявших на историю человечества, Фриц Хабер, разработавший промышленную фиксацию азота, занимает важнейшее место, даже если не говорить о его роли создателя химического оружия).

Какая-то часть азота фиксируется небиологически при всяких высокотемпературных естественных процессах: крупных пожарах, извержениях вулканов, от солнечного ультрафиолета, и в особенности при грозах.

Но большая часть всё-таки фиксируется биологически специальным ферментом нитрогеназой. Нитрогеназная реакция - одна из самых дорогостоящих энзиматических реакций. Несмотря на то, что общий энергетический баланс образования аммиака из азота совсем невелик, фермент расходует 16 молекул АТФ на одну молекулу азота. То есть, чтобы разрушить одну молекулу азота, нужно полностью сжечь до CО2 и воды 1/2 молекулы глюкозы.

Как всегда в таких случаях, высшие организмы никогда не решают сами по-настоящему сложные биохимические задачи. Нет ни одного эукариотического организма, который бы умел сам фиксировать азот. Но среди прокариотов есть немало фиксаторов азота, причем распространены они среди всех групп: эубактерий, архебактерий и цианобактерий (сине-зеленых водорослей). За счет горизонтального трансфера генов одни и те же гены нитрогеназы распространены по всем группам. Но при этом этих генов несколько, и разных [4].

Некоторые азотфиксирующие бактерии живут свободно, но многие - в симбиозе с растениями, грибами и лишайниками, а иногда и с животными [1]. Так, у термитов в кишечнике живут жгутиковые простейшие, которые помогают им перевативать целлюлозу. А внутри этих простейших есть бактерии, которые фиксируют азот. Таким образом, бактерии - это симбионты простейших, а те в свою очередь, симбионты термитов. Это позволяет им питаться всем по алфавиту почти чистой древесиной, крайне бедной азотом. Надо полагать, кто умеет фиксировать азот, умеет и делать незаменимые аминокислоты.

Аналогично, в кишечнике древесных муравьев рода Tetraponera живут азотфиксирующие бактерии, близкие родственники клубеньковых бактерий, о которых пойдет речь ниже.

Наиболее известные, но не единственные растения, живущие в симбиозе с азотфиксирующими бактериями - это семейство бобовых. Как все знают из школьной программы, в на корнях бобовых растений находятся клубеньки, а в них - клубеньковые бактерии Rhizobium, которые и фиксируют азот.

root nodules

Западная культура основана на пшенице и хлебе. Пшеница, как известно, не умеет фиксировать азот и берет его из почвы.

Поэтому, чтобы ее выращивать, надо использовать севооборот - не выращивать одну и ту же культуру несколько раз подряд. В Европе со времен Карла Великого традиционно применяли трехпольную систему: год - пшеница, год - ячмень, год - под паром. Только в 19 в. поняли, что более эффективно не оставлять под паром, а сеять бобовые: клевер или сою. В Средиземноморье с римских времен выращивали люпин - турмус.

Это означает, что в любой данный момент только треть земли используется под хлеб, треть - под пастбище, а треть - тоже под культуру в основном кормовую. Это, по Броделю, определяет главную особенность традиционной западной культуры - не очень большую плотность населения и значительное потребление мяса.

А что происходит на другом конце Земли - в южном Китае? Если западная культура - это культура хлеба, то китайская - риса. Рис, как известно, выращивают на заливных полях. В тот период, когда они залиты водой - на поверхности воды вырастает мелкий водяной папоротник Azolla, похожий на ряску. А в его корнях - свой симбионт: азотфиксирующая цианобактерия Anabaena azollae.

azolla

Таким образом, заливной рис не истощает почву. Все подходящие поля можно использовать под рис.

paddies

То есть с той же площади при равных может прокормиться втрое больше народу, чем на Западе. Правда, всему этому народу надо много и тяжело работать, а скот пасти негде. Кроме того, для организации поливного земледелия нужно сильное государство. Вот и получается трудолюбивый законопослушный народ, который ест мало мяса.

1.       Kneip C et al. (2007) Nitrogen fixation in eukaryotes--new models for symbiosis. BMC Evol Biol. 7:55.

2.       Fowler D., et al. (2013) The global nitrogen cycle in the twenty-first century. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 368:20130164

3.       Erisman JW, et al. (2008) How a century of ammonia synthesis changed the world. Nat. Geosci. 1:636–639.

4.       Raymond J., et al. (2004) The natural history of nitrogen fixation. Mol Biol Evol. 21:541-54.

Comments

( 37 comments — Leave a comment )
livejournal
Feb. 11th, 2015 06:04 pm (UTC)
No title
User aka_author referenced to your post from No title saying: [...] Дальше буду разговаривать только с азотофиксирующими бактериями [...]
taki_net
Feb. 11th, 2015 06:04 pm (UTC)
Кроме выноса азота с урожаем, происходит еще вынос фосфора и калия, так что рисовая культура все же истощает почву - но не так быстро.
idelsong
Feb. 11th, 2015 06:08 pm (UTC)
Может быть, не знаю.
taki_net
Feb. 11th, 2015 06:08 pm (UTC)
Что касается роли Ф.Хабера, тут можно пофантазировать - изобрети он (или не он) азотофиксацию чуть позже, на продовольственном балансе человечества это бы не сказалось, а вот Германия проиграла бы войну уже в 1915 году.

Тут приходится остановиться, чтобы не плести кружево гаданий, как бы это сказалось на последующей истории Германии, Центральной Европы, евреев, русских, немцев, поляков...

Edited at 2015-02-11 06:09 pm (UTC)
idelsong
Feb. 11th, 2015 06:46 pm (UTC)
Меня давно занимал вопрос: если бы человеку в 1913 г. рассказали, что в скором будущем одна страна попытается добиться мирового господства на основе воинствующего антисемитизма и веры во всемирный еврейский заговор, а другая будет маниакально бороться за научное мировоззрение, прогресс и социальную инженерию - у него бы не вознило сомнений, о каких странах речь.
taki_net
Feb. 11th, 2015 06:47 pm (UTC)
!!!
maks1777
Feb. 11th, 2015 07:26 pm (UTC)
а это
а другая будет маниакально бороться за научное мировоззрение, прогресс и социальную инженерию
вы про кого применительно ко II мировой?
idelsong
Feb. 12th, 2015 04:09 am (UTC)
Монако, конечно.
thrasymedes
Feb. 11th, 2015 06:43 pm (UTC)
Идея химического оружия витала в воздухе. Хабер заведовал химическим отделом военного министерства, так что химическая война была его служебной обязанностью.

"...высшие организмы никогда не решают сами по-настоящему сложные биохимические задачи..."
Почему ?
Не проще ли было бы создать специальную "нитросому" и ни от кого не зависеть ?
idelsong
Feb. 11th, 2015 06:48 pm (UTC)
Думаю, потому же, почему большие фирмы в такой ситуации предпочтут прибегнуть к субподрядчикам: слишком много сил идет на социальные отношения.
ymi_an_island
Feb. 12th, 2015 06:54 am (UTC)
не знаю насколько это важно, но азотфиксация - процесс анаэробный, с наличием свободного кислорода почему-то не совместимый (я не знаю почему, но это наверняка хорошо известно). А эукариоты, по крайней мере нормального извода, по определению аэробные. Поэтому сперва понадобилось стать многоклеточными, чтобы где-то в нутре, в кишках или клубеньках, завести себе анаэробные условия и туда заселить симбионтов. Почему бы не сделать там себе "нитросому" это, впрочем, не объясняет.
birdwatcher
Feb. 11th, 2015 07:11 pm (UTC)
А у нас, говорят, бобы пускали виться прямо по кукурузе, без ротации.
http://en.m.wikipedia.org/wiki/Three_Sisters_(agriculture)
Результаты, правда, не очень...

Edited at 2015-02-11 07:14 pm (UTC)
thrasymedes
Feb. 11th, 2015 08:03 pm (UTC)
Ещё вопрос:
у животных , наоборот, избыток азота и они тратят немало сил на его выведение разными способами. Почему они не окисляют его до элемента ?
Энергетический выход не очень большой, но не нужно возиться с аммиаком, мочевиной или мочевой кислотой
idelsong
Feb. 11th, 2015 08:32 pm (UTC)
Частичный ответ, откуда берется избыток, я когда-то помещал. А почему не используют, я не знаю.
http://idelsong.livejournal.com/297311.html
makro_planar
Mar. 3rd, 2015 07:42 pm (UTC)
...
Там вам человек на антимонгольском всё очень красяво объяснил :) - потому что так происходили - в аноксической среде, за счёт хитрого взаимопаразитизма с кем-то азотфтксирующим.
korolev_dweller
Mar. 11th, 2015 03:49 pm (UTC)
Re: ...
Кажется тот комментарий прокомментированному тексту не противоречит. Текст объясняет откуда берётся избыток азота, а комментарий - почему это избыток немедленно выводится, а не хранится.
makro_planar
Mar. 15th, 2015 12:29 pm (UTC)
Re: ...
Ессно, не противоречит - но очень хорошо уточняет и дополняет.
duchifat
Feb. 11th, 2015 08:50 pm (UTC)
Кроме этого еще, западный крестьянин может справиться с полевыми работами силами своей расширенной семьи, а для организации заливного поля нужно централизованно открывать и закрывать плотины деревенским начальством. Отсюда западный индивидуализм и восточное представление о том, что без коллектива не выжить.
ile_eli
Feb. 11th, 2015 09:04 pm (UTC)
в Индии, Тайланде, Вьетнаме - вроде тоже рисом питались? Законопослушными и трудолюбивыми, кажется, не стали.
misha_makferson
Feb. 26th, 2015 12:03 pm (UTC)
В Индии сборы пшеницы превысили сборы риса только в 20 веке после зелёной революции. Вся Бенгалия (в широком смысле, Бангладеш и Западная Бенгалия) только на рисе и живут.
makro_planar
Mar. 3rd, 2015 07:37 pm (UTC)
...
Во-первых, он всё же ТаИланд - нет в этом языке буквы "й", вот нет - и всё тут.

Во-вторых - вы поездите там и посмотрите, _как_ они пашут. Не в городах-помойках, а в сельской местности.

А проблемы городов в той же Индии - это, кстати, как раз то, о чём автор блога и говорит: работы нет для такого количества народу.
Жратва есть, а работы - нет.
Потому дороги строят бабы с подносами - там, где один трактор справится за день, двадцать индиек работают недели две, и получается херь полнейшая.
afony72
Feb. 12th, 2015 07:26 am (UTC)
Интересно. Я кино смотрел "Интерстеллар". Там по сюжету из-за концентрации азота в воздухе куча проблем у фермеров- и пшеница не растет, и прочее, бури какие-то песчаные... Мне интересно было, откуда эти фантазии взяты. А тут как раз ваш пост про азот.
livejournal
Feb. 14th, 2015 08:17 pm (UTC)
Праазот
User shenbuv referenced to your post from Праазот saying: [...] Originally posted by at Про азот [...]
livejournal
Feb. 15th, 2015 05:48 am (UTC)
Про азот
User eil referenced to your post from Про азот saying: [...] Оригинал взят у в Про азот [...]
livejournal
Feb. 15th, 2015 06:10 am (UTC)
абстракция-проекция-представление номер 5775
User eil referenced to your post from абстракция-проекция-представление номер 5775 saying: [...] азот, умеет и делать незаменимые аминокислоты." (с) http://idelsong.livejournal.com/531604.html [...]
livejournal
Mar. 3rd, 2015 07:08 pm (UTC)
Азот, разделивший Восток и Запад
User Журнал ЖЖ referenced to your post from Азот, разделивший Восток и Запад saying: [...]
Почему на Востоке с той же площади земли может прокормиться втрое больше народу, чем на Западе? Все дело в… азоте! И ещё в различиях между пшеницей, рисом и бобовыми. idelsong рассказывает как сельскохозяйственные культуры определили «западный» и «восточный» образ жизни.
[...]
livejournal
Mar. 3rd, 2015 07:16 pm (UTC)
Цивилизация риса, цивилизация пшеницы и химия.
User meliell17 referenced to your post from Цивилизация риса, цивилизация пшеницы и химия. saying: [...] Оригинал взят у в Про азот [...]
petr_suslov
Mar. 3rd, 2015 11:03 pm (UTC)
Есть и климатический фактор, рис в тропиках - субтропиках растят в основном. Да и происхождение по Вавилову из Южной Азии. Потом в Европе давно распространены бобовые, а они все азотфиксаторы!
livejournal
Mar. 4th, 2015 05:17 am (UTC)
МЕНЯ ТОЖЕ ИНТЕРЕСУЕТ ВОПРОС ПОЧЕМУ ЕВРЕИ ТАК РЬЯНО ОТР
User theallexbekk referenced to your post from МЕНЯ ТОЖЕ ИНТЕРЕСУЕТ ВОПРОС ПОЧЕМУ ЕВРЕИ ТАК РЬЯНО ОТРИЦАЮТ ЕВРЕЙСКИЙ ЗАГОВОР ВЕДЬ УЖЕ ВСЕМ ВСЁ ЯСНО saying: [...] ую инженерию - у него бы не вознило сомнений, о каких странах речь. Оригинал взят у в Про азот [...]
son_of_anarchy
Mar. 4th, 2015 06:43 am (UTC)
так и не понял причем тут Фриц Хабер и какова его роль во всем этом.
idelsong
Mar. 4th, 2015 07:06 am (UTC)
На графике указан процент человечества, живущий сегодня за счет азота, полученного методом Фрица Хабера. Сейчас он около 50%.
son_of_anarchy
Mar. 4th, 2015 07:12 am (UTC)
это я понял. но как это соотносится с тем, что на востоке преимущественно выращивали рис, а на западе пшеницу.
idelsong
Mar. 4th, 2015 07:14 am (UTC)
Никак.
overpop_news
Mar. 4th, 2015 09:50 am (UTC)

Джаред Даймонд в "Ружья, микробы и сталь" как-то по другому акценты расставил...

mahariuse
Mar. 4th, 2015 11:46 am (UTC)
вы так написали ест мало мяса как будто это очень плохо
ntdm_l
Mar. 4th, 2015 01:43 pm (UTC)
Пишу несколько не в тему поста, но все же.
Мне кажется, Фрица Габера сложно считать евреем. Он все-таки был немцем и по культуре, и по самосознанию. И иудеем не был (сам перешел в христианство). Мало того, был деятельным немецким патриотом.
sveta_egorceva
Mar. 5th, 2015 12:07 pm (UTC)
очень как-то замысловато всё )
( 37 comments — Leave a comment )

Profile

idelsong
hirsh_ben_arie

Tags

Powered by LiveJournal.com
Designed by Lilia Ahner