Hypoksi (miljø)
oksygenmangel er et fenomen som oppstår i akvatiske miljøer som oppløst oksygen (DO; molekylært oksygen oppløst i vannet) blir redusert i konsentrasjon til et punkt der det blir skadelig for vannlevende organismer som lever i systemet. Oppløst oksygen uttrykkes vanligvis som en prosentandel av oksygenet som vil oppløses i vannet ved gjeldende temperatur og saltholdighet(som begge påvirker løseligheten av oksygen i vann, se oksygenmetning og under vann). Et vannsystem som mangler oppløst oksygen (0% metning) kalles anaerob, reduserende eller anoksisk; et system med lav konsentrasjon—i området mellom 1 og 30% metning-kalles hypoksisk eller dysoksisk. De fleste fisk kan ikke leve under 30% metning. Hypoksi fører til nedsatt reproduksjon av gjenværende fisk via hormonforstyrrelser. Et «sunt» vannmiljø bør sjelden oppleve mindre enn 80%. Den eksaerobiske sonen er funnet ved grensen til anoksiske og hypoksiske soner.
Hypoksi kan forekomme i hele vannsøylen og også i store høyder så vel som nær sedimenter på bunnen. Det strekker seg vanligvis gjennom 20-50% av vannsøylen, men avhengig av vanndybden og plasseringen av pycnoclines(raske endringer i vanntetthet med dybde). Det kan forekomme i 10-80% av vannsøylen. For eksempel, i en 10 meter vannkolonne, kan den nå opptil 2 meter under overflaten. I en 20 meter vannkolonne kan den strekke seg opp til 8 meter under overflaten.
Seasonal killEdit
Hypolimnetic oksygen uttømming kan føre til både sommer og vinter «dreper». Om sommeren kan stratifisering, innganger eller organisk materiale og sedimentering av primærprodusenter øke respirasjonshastigheten i hypolimnionen. Hvis oksygenmangel blir så ekstrem, kan aerobe organismer, som fisk, dø, noe som resulterer i det som kalles en «sommerkill». De samme fenomenene kan oppstå om vinteren, men av forskjellige grunner. Om vinteren kan is og snødekke dempe lyset, og dermed redusere frekvensen av fotosyntese. Frysingen over innsjøen forhindrer også luft – vann-interaksjoner som tillater utveksling av oksygen. Dette skaper mangel på oksygen mens respirasjonen fortsetter. Når oksygen blir dårlig utarmet, kan anaerobe organismer dø, noe som resulterer i en «vinterdrep».
årsaker til hypoksirediger
oksygenmangel kan skyldes en rekke naturlige faktorer, men er oftest en bekymring som følge av forurensning og eutrofiering der plantenæringsstoffer kommer inn i en elv, innsjø eller hav, og fytoplanktonblomstringer oppfordres. Mens fytoplankton, gjennom fotosyntese, vil øke metning i dagtid, reduserer den tette befolkningen i en blomst metning om natten ved respirasjon. Når fytoplanktonceller dør, synker de mot bunnen og brytes ned av bakterier, en prosess som ytterligere reduserer DO i vannsøylen. Hvis oksygenmangel utvikler seg til hypoksi, fiskedød kan oppstå og virvelløse dyr som ormer og muslinger på bunnen kan bli drept i tillegg.
Hypoksi kan også forekomme i fravær av forurensende stoffer. I elvemunninger, for eksempel fordi ferskvann som strømmer fra en elv i sjøen, er mindre tett enn saltvann, kan stratifisering i vannsøylen resultere. Vertikal blanding mellom vannkroppene reduseres derfor, noe som begrenser tilførselen av oksygen fra overflatevannet til de mer saltholdige bunnvannene. Oksygenkonsentrasjonen i bunnlaget kan da bli lav nok til at hypoksi oppstår. Områder som er spesielt utsatt for dette inkluderer grunt vann i semi-lukkede vannforekomster som Vadenzee eller Mexicogolfen, hvor landavrenning er betydelig. I disse områdene kan en såkalt «dødsone» opprettes. Lav oppløst oksygen forhold er ofte sesong, som er tilfellet I Hood Canal og områder Av Puget Sound, I Washington State. World Resources Institute har identifisert 375 hypoksiske kystsoner rundt om i verden, konsentrert i kystområder I Vest-Europa, Øst – Og Sørkysten AV USA og Øst-Asia, spesielt I Japan.
Hypoksi kan også være forklaringen på periodiske fenomener som Mobile Bay jubilee, hvor vannlevende liv plutselig rushes til grunne, kanskje prøver å unnslippe oksygenutarmet vann. Nylig utbredt skalldyr dreper nær Kysten Av Oregon Og Washington er også skylden på syklisk dødsone økologi.
planteplankton breakdownEdit
Forskere har fastslått at høye konsentrasjoner av mineraler dumpet i vannforekomster forårsaker betydelig vekst av fytoplanktonblomstringer. Da disse blomstrene brytes ned av bakterier og andre taxa, som Phanerochaete chrysosporium, blir oksygen utarmet av enzymer av disse organismene.
Nedbryting av ligninrediger
Fytoplankton består for det meste av lignin og cellulose, som brytes ned av enzymer tilstede i organismer som p. chrysosporium, kjent som hvitrot. Fordelingen av cellulose bryter ikke oksygenkonsentrasjonen i vann, men nedbrytningen av lignin gjør det. Denne nedbrytningen av lignin inkluderer en oksidativ mekanisme, og krever tilstedeværelse av oppløst oksygen for å finne sted av enzymer som ligninperoksidase. Andre sopp som brun-råte, soft-råte, og blå flekken sopp også er nødvendig i lignin transformasjon. Når denne oksidasjonen finner sted, DANNES CO2 i stedet
Ligninperoksidase (LiP) fungerer som det viktigste enzymet fordi det er best å bryte ned lignin i disse organismene. LiP forstyrrer C-c-bindinger og C-o-bindinger i Lignins tredimensjonale struktur, noe som får den til å bryte ned. LiP består av ti alfa-helikser, to ca2 + strukturelle ioner, samt en hemegruppe kalt en tetrapyrrolring. Oksygen tjener en viktig rolle I den katalytiske syklusen Av Leppe for å danne en dobbeltbinding På Fe2 + – ion i tetrapyrrolringen. Uten tilstedeværelse av diatomisk oksygen i vannet, kan denne nedbrytningen ikke finne sted fordi Ferrin-LiP ikke vil bli redusert Til Oksyferroheme. Oksygengass brukes til å redusere Ferrin-Leppe Til Oksyferroheme-Leppe. Oxyferroheme og veratric alcohol kombineres for å skape oksygenradikal og Ferri-LiP, som nå kan brukes til å nedbryte lignin. Oksygenradikaler kan ikke brukes i miljøet, og er skadelige i høy tilstedeværelse i miljøet.
Når Ferri-LiP er tilstede i ligninperoksidasen, kan Den brukes til å bryte ned ligninmolekyler ved å fjerne en fenylpropangruppe om gangen gjennom ENTEN LRETMEKANISMEN eller mediatormekanismen. LRETMEKANISMEN (langtrekkende elektronoverføringsmekanisme) overfører et elektron fra tetrapyrrolringen til et molekyl av fenylpropan i et lignin. Denne elektronen beveger seg på En C-C eller C-o-binding for å bryte et fenylpropanmolekyl fra ligninet, bryte det ned ved å fjerne en fenylpropan om gangen.
I mediatormekanismen aktiveres Leppeenzymet ved tilsetning av hydrogenperoksid for å gjøre Lepperadikal, og en mediator som veratrisk alkohol blir tilsatt og aktivert for å skape veratrisk alkoholradikal. Veratric alcohol radical overfører ett elektron for å aktivere fenylpropan på lignin, og elektronen demonterer En C-C eller C-O binding for å frigjøre en fenylpropan fra lignin. Når størrelsen på et ligninmolekyl øker, jo vanskeligere er det å bryte Disse C-C eller C-o-bindingene. Tre typer fenylpropanringer inkluderer bartre alkohol, sinapyl alkohol, og-kumaryl alkohol.
LiP har en svært lav MolDock-score, noe som betyr at Det er lite energi som kreves for å danne dette enzymet og stabilisere det for å utføre reaksjoner. LiP Har En MolDock score på -156,03 kcal / mol. Dette er energisk gunstig på grunn av dets negative frie energibehov, og derfor vil denne reaksjonen katalysert Av Leppe sannsynligvis skje spontant. Nedbryting av propanol og fenoler forekommer naturlig i miljøet fordi de begge er vannløselige.
miljøfaktorerrediger
nedbrytningen av fytoplankton i miljøet avhenger av tilstedeværelsen av oksygen, og når oksygen ikke lenger er i vannkroppene, kan ligninperoksidaser ikke fortsette å bryte ned ligninet. Når oksygen ikke er tilstede i vannet, endres nedbrytningen av fytoplankton fra 10,7 dager til totalt 160 dager for at dette skal skje.
graden av fytoplanktonbrudd kan representeres ved hjelp av denne ligningen:
G (t) = g ( 0) e-k t {\displaystyle G(t)=g(0) e^{- kt}}
I denne ligningen Er G (t) mengden partikkelformet organisk karbon (POC) samlet på et gitt tidspunkt, t. g (0) er konsentrasjonen AV POC før nedbryting finner sted. k er en hastighetskonstant i år-1, og t er tid i år. For de FLESTE POC av fytoplankton er k rundt 12,8 år-1, eller ca 28 dager for nesten 96% karbon som skal brytes ned i disse systemene. MENS FOR anoksiske systemer tar poc-sammenbrudd 125 dager, over fire ganger lenger. Det tar omtrent 1 mg Oksygen for å bryte ned 1 mg POC i miljøet, og derfor foregår hypoksi raskt ettersom oksygen brukes opp raskt for å fordøye POC. Om lag 9% AV POC i fytoplankton kan brytes ned på en enkelt dag ved 18 °C, derfor tar det omtrent elleve dager å helt bryte ned et fullt fytoplankton.
etter at POC er brutt ned, kan dette partikkelformet materiale omdannes til annet oppløst organisk karbon, som karbondioksid, bikarbonationer og karbonat. Så mye som 30% av fytoplankton kan brytes ned til oppløst organisk karbon. Når dette partikkelformede organiske karbonet interagerer med 350 nm ultrafiolett lys, dannes oppløst organisk karbon, og fjerner enda mer oksygen fra miljøet i form av karbondioksid, bikarbonationer og karbonat. Oppløst uorganisk karbon er laget med en hastighet på 2,3-6,5 mg / (m^3)dag.
som fytoplanktonbrudd blir fritt fosfor og nitrogen tilgjengelig i miljøet, noe som også fremmer hypoksiske forhold. Etter hvert som nedbrytningen av disse fytoplanktonene finner sted, blir mer fosfor til fosfater, og nitrogener blir til nitrater. Dette tømmer oksygenet enda mer i miljøet, og skaper ytterligere hypoksiske soner i høyere mengder. Etter hvert som flere mineraler som fosfor og nitrogen forskyves inn i disse akvatiske systemene, øker veksten av fytoplankton kraftig, og etter deres død dannes hypoksiske soner.
Løsningerrediger
for å bekjempe hypoksi er det viktig å redusere mengden landavledede næringsstoffer som når elver i avrenning. Dette kan gjøres ved å forbedre kloakkbehandling og ved å redusere mengden gjødsel utvasking i elvene. Alternativt kan dette gjøres ved å gjenopprette naturlige miljøer langs en elv; myrer er spesielt effektive for å redusere mengden fosfor og nitrogen (næringsstoffer) i vann. Andre naturlige habitatbaserte løsninger inkluderer restaurering av skalldyrpopulasjoner, som østers. Østersrev fjerner nitrogen fra vannsøylen og filtrerer ut suspenderte faste stoffer, og reduserer sannsynligheten eller omfanget av skadelige algeoppblomstringer eller anoksiske forhold. Grunnleggende arbeid mot ideen om å forbedre marin vannkvalitet gjennom skalldyr dyrking ble utført Av Odd Lindahl et al., bruker blåskjell I Sverige. Mer involvert enn enkeltarter skalldyr dyrking, integrert multi-trofisk akvakultur etterligner naturlige marine økosystemer, avhengig av polykultur for å forbedre marine vannkvalitet.
Teknologiske løsninger er også mulige, for eksempel De som ble brukt i Det ombygde Salford Docks-området I Manchester Ship Canal i England, hvor år med avløp fra kloakk og veier hadde akkumulert i det langsomme rennende vannet. I 2001 ble det innført et trykkluftinjeksjonssystem som økte oksygennivået i vannet med opptil 300%. Den resulterende forbedringen i vannkvaliteten førte til en økning i antall hvirvelløse arter, som ferskvannsreker, til mer enn 30. Gyting og vekst av fiskearter som mort og abbor også økt i en slik grad at de er nå blant de høyeste I England.
på svært kort tid kan oksygenmetningen falle til null når offshore blåsende vind driver overflatevann ut og anoksisk dypvann stiger opp. Samtidig observeres en nedgang i temperatur og en økning i saltholdighet (fra det langsiktige økologiske observatoriet i havene Ved Kielfjorden, Tyskland). Nye tilnærminger til langsiktig overvåking av oksygenregime i havet observerer på nettet oppførselen til fisk og dyreplankton, som endres drastisk under reduserte oksygenmetning (ecoSCOPE) og allerede ved svært lave nivåer av vannforurensning.