Bacteriën en zwavel
Bacteriën spelen een belangrijke rol bij de omzetting van zwavel.
Aan de ene kant zijn er de sulfaatreducerende bacterien met als eindproduct
waterstofsulfide (H2S) en aan de andere kant de waterstofsulfide oxiderende bacterien die weer sulfaat maken.
Sulfaat-reducerende bacteriën (SRB)
Sulfaat-reducerende bacteriën (SRB) zijn wijd verspreid in de natuur. Ze gebruiken sulfaat (zout van zwavelzuur) SO42-als terminale elektronen acceptor voor de anaerobe ademhaling van organische stoffen waarbij waterstofsulfide , H2S, gevormd wordt een agressief en giftig eindproduct.
Desulfovibrio is de bekendste sulfaat reducerende bacterie. Hoewel de stofwisseling anaeroob is verdragen ze wel wat zuurstof (aerotolerant).
Ze spelen een belangrijke rol in de zwavelcyclus en tegelijkertijd ook in de andere cycli zoals de koolstofcyclus waarbij ze de eindproducten van de gisting volledig omzetten in CO2 en H2, met name in sulfaatrijke mariene milieus. Hun aanwezigheid verraadt zich door een zwarte kleur, neerslag van FeS, bijvoorbeeld in de Zwarte Zee en op het wad net onder het oppervlak. Ook de rotte eieren lucht is een signaal van hun aanwezigheid.
SRB zijn ook van economische betekenis, vooral in negatieve zin, ze zijn berucht door de anaerobe corrosie (roestvorming) van ijzer door de vorming van waterstofsulfide. Ze komen voor bij de oliewinning, en zorgen voor corrosie van pompen, tanks, en pijpleidingen die kapotgaan, lek of verstopt raken. Zo heeft Desulfovibrio onlangs een transportleiding voor afvalwater van de NAM lek gemaakt.Lees meer.
Sulfide en zwavel oxiderende bacteriën
Zwavelbacteriën oxideren het element zwavel,S , en zwavelverbindingen (de energiebron) tot zwavelzuur SO42-. Zwavelzuur tast staal en beton aan bijvoorbeeld rioleringen en leidingen voor afvalwater hetzij direct hetzij indirect door de aanwezigheid van SRB. Thiobacillus thio-oxidans is de bekendste zwavelbacterie. Deze bacterie is aeroob en autotroof (heeft de enzymen om uit CO2 celmateriaal te maken). (chemo-litho-autotroof)net als de veel andere zwavel bacteriën.
Er zijn echter ook zwavelbacteriën die niet in staat zijn om zelf celmateriaal te maken uit CO2 maar daar organische stoffen voor nodig hebben, deze zijn dan chemo-litho-organotroof, ook wel mixotroof genoemd. Voorbeelden hiervan zijn Beggiatoa en Sphaerotilus, beide draadvormig en vaak vol met zwavelkorrels.
Deze bacterien komen veel voor in afvalstromen waar zich organisch materiaal en H2S bevindt. Door hun draadvorm vormen ze hele lange slierten die gaan drijven, wat bij de waterzuivering, die juist er op uit is de bacterien te laten bezinken een lastig probleem kan zijn.
Een andere draadvormige zwavelbacterie is Thioploca. hierbij zijn de lange draden (ketens van cellen) in bundels van 100 verpakt in een koker. De bacteriecel is uitzonderlijk groot: ongeveer 60 µm lang en 12 – 22 µm dik en deze ruimte wordt bijna helemaal in beslag genomen door een grote vacuole met vloeistof waarin nitraat is opgelost in en hele hoge concentratie.. Dit nitraat is de electronenacceptor voor de anaerobe ademhaling waarbij H2S wordt geoxideerd,de assimilatie is autotroof of mixotroof. De tot 15 cm lange draden steken uit de bodem in het zeewater waaruit het nitraat wordt opgenomen en daarna glijden de cellen naar beneden de bodem in om het daar aanwezige sulfide te oxideren. Lees hier meer.
Gigantisch grote velden van Thioploca leven langs de kust van Zuid Amerika. Zo is de zeebodem bij Chili voorzien van een enorm Thioploca tapijt. Het totale gewicht is 100.000.000 ton de grootste bacteriegemeenschap op aarde.Lees hier meer
Ze zijn zowel een belangrijke schakel in de koolstof-, stikstof- als zwavelcyclus.
Een soortgelijke bacterie is Thiomargarita namibiensis, de grootste bacterie die we kennen, met een lengte tot 750 micrometer (de gemiddelde bacterie meet 1 to 2 micrometer).
Ook deze bacterie heeft ook een hele grote vacuole gevuld met nitraat, hij is rond, en komt voor in snoeren van een beperkt aantal cellen. Lees hier meer.
Fototrofe zwavelbacteriën hebben licht als energiebron en een fotosynthese waarbij H2S als electronendonor dient om vanuit CO2 celmateriaal (organische stoffen) op te bouwen. Ze zijn anaeroob.Tijdens de fotosynthese ontstaat als tussenproduct zwavel, vaak als bolletjes te zien. Dit kan weer verder omgezet worden (meer electronen afgeven) tot sulfaat SO42. Ze komen voor in oppervlaktewater, in anaerobe lagen waar H2S is gevormd en genoeg licht doordringt. Fotosynthetische bacteriën kunnen om zoveel mogelijk licht op te vangen paars, rood, bruin of groen zijn.
Biofilm vorming
Hoewel de zwavelbacterie Thiobacillus aeroob is en Desulfovibrio anaeroob komen ze vaak samen voor. Meestal in de vorm van een biofilm op een vast oppervlak (beton, ijzer: boot, tank ,pijpleiding) Aan de buitenkant Thiobacillus die zuurstof nodig heeft en gebruikt zodat het in de biofilm anaeroob wordt en binnen in Desulfovibrio die sulfaat omzet in sulfide wat Thiobacillus weer omzet in sulfaat. Een mooi voorbeeld van een hele korte kringloop.
Assimilatieve sulfaatreductie
Behalve de dissimilatieve sulfaatreductie door de SRB waarbij sulfaat de elektronenacceptor is in de anaerobe ademhaling is er ook de assimilatieve sulfaatreductie. Dat wil zeggen dat sulfaat gebruikt wordt voor de opbouw van celmateriaal zoals eiwitten en wel in de aminozuren methionine en cysteine.
Zwavelkringloop
hieronder de rol van micro-organismen in de zwavelkringloop:
