発酵と窒素の循環 腸内細菌の働き

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    発酵と窒素の循環 腸内細菌の働き

    空工気中に約78パーセント存在する窒素ガスは、化学的に安定な元素で、反応性に乏しいのが特徴です。
    地球上の動植物をはじめ、ほとんどの徹生物も、空気中の窒素を直接利用することはできません。
    しかし、生物はアンモニアや硝酸塩などの無機窒素化合物、または尿素、アミノ酸などの有機室素化合物になったものなら利用できます。
    これらの窒素化合物から、タンパク質や核酸などの細胞成分を生合成しているのです。
    窒素循環の第一のステップは、空気中の窒素を生物が利用できる化合物であるアンモニアに変換する反応、すなわち窒素固定です。
    窒素固定のできる生物は、微生物のなかの好気性および嫌気性土壌細菌や根瘤菌、光合成細菌、藍漢類です。
    ニトロゲナーゼという酵素を利用して、常温常圧で窒素からアンモニアを生成します。
    これに対して、ドイツで開発された化学的窒素固定法は、高温高圧の条件で反応させます。
    化学反応で合成したアンモニアは、化学肥料の原料にします。
    おもしろいことに、空気中の窒素は雷によっても固定されます。
    雷の多い年は、農作物が豊作になるという言い伝えがあるほどです。
    肥料工業がさかんになって化学的室素固定量が増えたとしても、微生物による生化学的窒素固定量にはとてもおよびません。
    それほど自然界の徹生物による窒素固定量は、膨大なものなのです。
    植物や徹生物は固定されたアンモニアを、アミノ酸やその他のさまざまな窒素化合物の原料として利用します。
    一方、動物は代謝の産物として、尿素などの窒素化合物を排世します。
    微生物は、土壌の排池物や動植物の死細胞を分解し、二酸化炭素やアンモニアにします。
    これも物質循環に役立っています。
    自然界には、アンモニアを亜硝酸や硝酸に酸化する反応をおこなう微生物もいます。
    この反応には酸素が必要ですから、空気が十分にある好気条件のもとで進みます。
    アンモニアを亜硝酸に酸化する微生物をアンモニア酸化細菌、さらに硝酸まで酸化する徴生物を硝化細菌といいます。
    いずれも化学合成独立栄養細菌です。
    これらの細菌は二酸化炭素を炭素源とし、窒素化合物を酸化するとき生じるエネルギーを利用して育ちます。
    土壌中でつくられた硝酸塩は、植物のよい肥料になります。
    有機農業が成立する基盤がここにあるわけです。
    硝酸塩は水に溶けやすいので、一部は河川に運ばれて湖沼や沿岸に溜まっていきます。
    空気中の窒素を生物細胞成分、アンモニア、硝酸塩などに変換する反応がある一方で、これらの物質をふたたび窒素にもどす反応もあります。
    この反応を進める微生物は、硝酸還元菌や脱窒菌です。硝酸を還元して亜硝酸やアンモニアにしたり、それをさらに還元して窒素ガスを出します。
    この最後の反応は土壌のなかにある肥料成分をとりのぞいてしまいますから、農業生産にマイナスとなります。
    しかし、この反応は地球上の窒素の循環にとっては不可欠なものです。
    ある計算例によると、脱窒反応により陸上と海上で遊離する窒素はほぼ等しくなり、均衡がとれた状態になっているといいます。
    このように微生物は窒素固定反応と遊離反応をおこない、地球上の窒素の需給のバランスを保つのに役立っています。
    大気中の窒素が75パーセントに減ると、地球上は冷えすぎて、ふたたび氷河期になると考えられています。
    物質が変化していく巧妙な物質循環のなかで、徹生物が果たしている役割がいかに大きいかがおわかりいただけたことと思います。
    このほかにも、硫黄、リン、鉄、そのほかの元素、さらに農薬など合成有機化合物などが徹生物の酸化、還元作用により、化学的形態を変化させ地球上を循環しています。
    自然界における微生物の営みが、地球の営みをどれほど支えているかがよくわかります。

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    腸内細菌のはたらき

    大腸菌という微生物がいます
    哺乳動物の腸内微生物群の構成細菌の一つです。
    これは非衛生状態を示す表現でよく使われる言葉でもあります。
    腸内から検出される菌種には、このほかに乳酸菌、嫌気性および好気性細菌があります。
    口から侵入した細菌がすべて腸内に定着するとはかぎりません。
    腸を通過してしまう菌や腸内で死んでしまう菌もいます。
    胃は胃酸があるので、消化管のなかでもっとも菌数がすくないところです。
    十二指腸、空腸、回腸と進むにつれて菌数が増え、直腸で菌の数は最大になります。
    その値は直腸内容物1グラムあたり百万から数億個になります。
    糞便中には直腸と同じだけの菌種と菌数がいます。
    細菌の細胞一個の平均容積を一立方マイクロメートルとすると、糞便容積の三分の一は細菌が
    占めていることになります。
    人の腸内菌叢は年齢、食物、健康状態などの要因によって変化します。
    これらの要因のなかで、毎日とる食べ物の影響は非常に大きいものです。
    和食と洋食とでは、それほど腸内菌叢に差は認められません。
    食物繊維の影響について興味深い研究が報告されています。
    食物繊維をとると腸内球菌や嫌気性菌が減少して、ビフィズス菌などの良い乳酸菌が増加します。
    そのため腸内で有機酸の発酵が活発になり、腸内のpHが低下するとともに発がんを抑制するといわれます。
    食物繊維の摂取量の多い地方または民族には、大腸がんの発生がすくないことからも、食物繊維と腸内菌と発がんには、密接な因果関係のあることがうかがえます。
    腸内細菌に対して食物があたえる影響について、もう一つ例をあげましょう。
    殺菌した発酵乳をあたえたマウスは腸内のビフィズス菌数が十倍にも増えて、寿命が伸びます。
    ビフィズス菌が生涯を通じて腸のなかで優勢に存在していると、延命効果をあらわすということです。
    腸内細菌はこのように動物にとって有益である反面、無菌動物の ほうが寿命が長いというデータもあります。
    腸内細菌が人間にとって有益なのか、それとも有害なのか、その結論は簡単には出せません。
    しかし、私たちが地球上で生活するかぎり、無菌状態を保つということは非常にむずかしいことです。

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