Превращение соединений серы
Сера является составной частью белковых веществ и некоторых других соединений. В результате разложения белковых веществ гнилостными бактериями сера освобождается в виде сероводорода. Последний образуется и за счёт восстановления сульфатов, вызываемого рядом микроорганизмов: Spirillum desulfuricans, Vibrio desulfuricans, Sporovibrio desulfuricans.
Эти бактерии широко распространены в почве и воде. При анаэробном окислительном дыхании они энергично восстанавливают сульфаты с одновременным окислением различных органических веществ. Указанные процессы, с одной стороны, играют важную роль в образовании лечебных грязей и сероводородных минеральных вод, а с другой, способствуют накоплению в почве и водоёмах ядовитого для большинства живых организмов сероводорода. Так, например, в Чёрном море на глубинах свыше 200 метров из-за скопления сероводорода почти отсутствует жизнь (хотя советские учёные находили дрожжи на глубине 1750 м в слоях воды, обогащенных сероводородом). В поверхностных же слоях этого моря сероводорода нет, что объясняется деятельностью серобактерий, окисляющих сероводород до серной кислоты.
Серобактерии делятся на две большие группы: бесцветные и окрашенные.
К бесцветным серобактериям относятся нитчатые формы, разделяемые на три рода: Beggiiatoa, Thiothrix, Thioploca.
К Beggiiatoa принадлежат свободно плавающие подвижные нити, достигающие в длину 1 сантиметра и более. Thioploca отличается от Beggiatoa тем, что нити заключены по нескольку штук в толстые слизистые влагалища. В отличие от первых двух родов, Thiothrix прикрепляется к подводным предметам при помощи слизистых подушечек. Перечисленные формы бактерий настолько сильно отличаются от обычных бактерий, что некоторые учёные (Клейвер, Ван-Ниль) считают их родственными сине-зелёным водорослям. К бесцветным серобактериям относятся и одноклеточные виды, как Thiophysa ma crophisa, Spirillum bipunctatum и другие.
Бесцветные серобактерии относятся к хемосинтезирующим микроорганизмам. Они способны ассимилировать углекислоту, используя химическую энергию, освобождающуюся при окислении сероводорода. Вторую группу серобактерий составляют пурпурные серобактерии. Они содержат в своих клетках красный пигмент — бактериопурпурин. Более, подробное исследование показало, что этот пигмент состоит из зелёного бактериохлорина и красного бактериоэритрина.
К этой группе бактерий относятся Chromatium и Thiodictyon, принадлежащие к семейству Thiorodaceae.
У пурпурных серобактерий имеются два пути синтеза органического вещества — хемосинтез и фотосинтез. Фотосинтез, по-видимому, имеет значение не только для синтеза органического вещества, но и для добывания кислорода. Среди пурпурных бактерий имеется и группа, не способная окислять сероводород. Ее объединяют в семейство Athiorodaceae. Представители этого семейства способны питаться органическими веществами.
Серобактерии широко распространены в природе. Они встречаются в почве, в стоячих водах, источниках, богатых сероводородом. Серобактерии находятся там, где постоянно образуется сероводород и в то же время имеется свободный доступ кислорода. Они развиваются на некотором расстоянии от поверхности воды, образуя бактериальную пластинку, в которой бактерии движутся вверх и вниз для получения сероводорода и кислорода.
Процесс окисления сероводорода серобактериями протекает в две стадии. В первой стадии сероводород окисляется до серы, которая откладывается в протоплазме клеток в виде полужидких капель:
Этот процесс протекает при избытке сероводорода. Как только сероводород исчезает, наступает вторая стадия, состоящая в окислении серы до серной кислоты (предполагают, что сера играет здесь роль запасного питательного вещества, как гликоген у дрожжей).
Образующаяся серная кислота нейтрализуется углекислыми солями, чаще всего в виде CaSO4, и выделяется затем наружу. Поэтому для нормальной деятельности серобактерий необходимы и карбонаты.
Способность серобактерий усваивать углекислоту открыл впервые С. Н. Виноградский (1887 г.).
Помимо серобактерий, окисляющих сероводород и откладывающих в своём теле серу, имеется большая группа тионовых бактерий, окисляющих серу, тиосоединения (Na2S2O3) и тетрасоединения (Na3S306), а также сероводород в серную кислоту без отложения серы внутри клеток.
Тиобактерии встречаются в пресных и солёных водоёмах и в почве. Представителем этой группы является Thiobacillus thioparus маленькая, неспорообразующая, очень подвижная палочка. Она окисляет первоначально тиосоединения в сульфаты и серу:
Затем она окисляет и свободную серу:
Эта бактерия является также хемосинтезирующей, т. к. в присутствии органических соединений не развивается.
Роль серобактерий в природе очень большая. Они очищают водоёмы от ядовитого сероводорода, что очень важно для дальнейшего развития водорослей и рыб. В почве они окисляют серу до сернокислых солей, доступных для питания растений. Кроме того, серная кислота, образующаяся в результате процесса сульфофикации (как указано выше), способствует растворению труднорастворимых соединений, увеличивая количество солей, доступных растениям.
Превращение соединений фосфора
Фосфор является составной частью некоторых белков (нуклеопротеидов) и липоидов (вещества, близкие к жирам). При расщеплении этих веществ фосфор выделяется в виде фосфорной кислоты, которая, связываясь с основаниями почвы, переходит в труднорастворимые соли кальция, магния и железа. Растворению фосфатов и переводу их в усвояемую для растений форму способствуют бактерии кислотообразователи. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, тионовые бактерии, серобактерии, а также Вас. mycoides, выделяющая углекислоту. Химическая сторона этих процессов может быть выражена уравнениями: 
Превращение соединений железа и марганца
В природе существует особая группа микроорганизмов, названных железобактериями. Они окисляют закисные соли железа и марганца в окисные соединения, а выделяющуюся при этом энергию используют для ассимиляции углекислого газа.
К этой группе бактерий относятся роды Leptothrix, Сrеоthrix, Cladothrix. Они образуют длинные нити, покрытые общим слизистым влагалищем, в котором они откладывают гидрат окиси железа. После отмирания бактерий он служит материалом для образования болотных и озёрных руд.
Железобактерии были детально изучены С. Н. Виноградским (1888 г.), который доказал, что они являются автотрофными организмами. Кроме окисления соединений железа, эти бактерии способны и к окислению соединений марганца. Железобактериям принадлежит большая роль в образовании железо-марганцевых отложений в природе.
