« Vissza

A szűrőbaktériumok lélektana

Egy bejáratott akváriumban nem kell sokat foglalkoznunk a szűrőbaktériumok szokásaival. Ha betartunk pár alapszabályt, maguktól elszaporodnak és dolgoznak, anélkül, hogy név szerint ismernénk őket vagy a tulajdonságaikat. Azonban ha a bejáratásra nincs idő, vagy katasztrófa éri egy működő akvárium szűrését, akkor nem árt ha tájékozódunk, mit és hogyan tehetünk a biológiai szűrésünk érdekében.

 

A valódi nitrifikálók

Egy üzemelő akvárium biológiai szűrését a Nitrobacteraceae családba tartozó baktériumok végzik. Ide gram-negatív és főleg pálcika alakú bacik tartoznak. Érdekes módon a gyógyszerekre kissé ellentmondásosan reagálnak. A gram-negatív baktériumok ellen tipikusan használt antibiotikumok kevésbé károsítják a nitrifikálókat, viszont a gram - pozitívak ellen hatékonyak, mint például az eritromicin komoly pusztítást végeznek köztük. Szerencsére a legtöbb súlyos akváriumi kórokozó, mint a Columnaris, Pseudomonas és Aeromonas baktériumok gram-negatívak, és az ellenük gyakran bevetett kanamicin vagy nitrofurál nem viseli meg súlyosan a szűrőbaktériumokat (de nem is tesz jót nekik). A tipikus akváriumi halgyógyszerek, mint a metilénkék, malachitzöld vagy az akriflavin egy frissen telepített akváriumban komolyan vissza tudják vetni a biológiai szűrés fejlődését, viszont a stabilizálódott, nyálkaburokba rejtőzött baktériumkolóniáknak már nem nagyon tudnak ártani. 

A Nitrobacteraceae család tagjai obligát kemolitotrófok, azaz az életükhöz szükséges energiát szervetlen ásványi anyagok, így például az ammónia és a nitrit oxidációjából nyerik. Ez egy lassú és gazdaságtalan módszer, és az obligát rész azt jelenti, hogy nem is képesek más módon energiához jutni. Ennek köszönhető, hogy a nitrifikálók baktériummércével mérve igen lassan szaporodnak. Egy ammóniabontó Nitrosomonas esetében egy osztódás 7 órát, egy nitritbontó Nitrobacter esetében minimum 13-at vesz igénybe, ideális körülmények mellett. Reális esetben inkább 15-20 órával érdemes számolni. Ezzel szemben egy átlagos heterotróf baktérium akár 20 percenként is képes osztódásra. Ez indokolja az akvárium bejáratásához szükséges több hetes időszakot. A nitritbontó baktériumok létszáma általában a harmadik hétre éri el a szükséges mértéket. A túl korán telepített akváriumokban tipikusan a második héten jelennek meg a nitritmérgezés tünetei - ekkorra már eleget termeltek az ammóniabontók, de még nem készültek fel a nitritbontók az eltüntetésére. Autotróf élőlényhez illően a szénszükségletüket is szervetlen forrásból, azaz bikarbonát ionokból fedezik. Aerob baktériumok, életműködésükhöz oxigénre van szükségük. Hirtelen oxigénszegényé váló környezetben néhány óra után tömeges pusztulásnak indulnak. Spórákat nem képesek képezni, így a kiszáradást sem élik túl, a kedvezőtlen időszakok alatt nagy részük elpusztul. Bár elterjedt nézet, a valódi szűrőbaktériumok nem a levegőből vagy a talajból kerülnek be egy új akváriumba, hanem a vízi élőlényekkel együtt érkeznek. A kedvezőtlen időszakokat lelassult életműködéssel képesek átvészelni, ilyenkor a tartalékaikból élnek túl, nem szaporodnak és nem is táplálkoznak, oxigénfogyasztásuk is minimális. Ezzel együtt is kényesek más baktériumokhoz képest. A valódi nitrifikáló baktériumokat tartalmazó készítmények szavatossága rövid, és hűvös de fagymentes helyen kell őket tárolni és szállítani.  A legtöbb akváriumi baktériumkészítmény valójában nem nitrifikálókat tartalmaz, így tudják megkerülni ezt a problémát.
 
Hogy pontosan melyek a legjelentősebb akváriumi nitrifikálók, arról némileg eltér a források véleménye. Általában mindegyik gyártó azokat a fajokat nevezi meg, amelyek a baktériumkészítményeikben vannak. Az itt felsorolt genuszok mind hatékonynak bizonyultak egy-egy adott akváriumi környezetben. Bár a genuszok egyezhetnek, más fajok hatékonyak édesvízben, brakkvízben vagy teljes koncentrációjú tengervízben. Ammóniát a Nitrosomonas és Nitrosospira  fajok oxidálnak. A nitritet a Nitrobacter és Nitrospira fajok tüntetik el. Tengervízben a Nitrosococcus és Nitrococcus fajok jelentősek még. Néhány Nitrosomonas törzs képes az urea(karbamid) oxidálására is, ami a tengeri halak anyagcseréjében fontos magas nitrogéntartalmú vegyület. Édesvízi halaknál a mennyisége elhanyagolható az ammónia mellett, idővel ammóniává alakul és elfogyasztja a többi baktérium is.

Igényeik és tűréshatáraik

A nitrifikáló baktériumok fontos jellemzője, hogy viszonylag kényesek a környezetük minőségére, így a pH-ra, vízkeménységre és a hőmérsékletre, illetve a sósűrűségre is. Az optimumra vonatkozó konkrét adatokat nem érdemes megadni, mivel ez a különböző baktériumtörzseken belül is változó. Néhány baktériumkultúrát gyártó cég esetében egészen pontos értékek is ismertek, azonban ez csak az ő termékeikben található baktériumtörzsekre vonatkozik. A természetben rengetegféle víztípusban élnek ezek a baktériumok, és bőven volt pár évmilliójuk, hogy alkalmazkodjanak hozzájuk. Bár csupán egyetlen család néhány fajáról van szó, a fajokon belül számtalan törzs alakult ki, amelyek igényeikben némileg különböznek. Ez egyben azt jelenti, hogy szerencse is kell hozzá, hogy az akváriumunkban megjelenjen az a törzs, ami a mi vízparamétereink mellett tökéletesen dolgozik. Ennek a valószínűségét növelhetjük, ha más akvaristáktól használt vizet vagy kis darab érett szűrőanyagot gyűjtünk, vagy ha félünk a fertőzésektől, akkor több márka megfelelő baktériumkészítményével is beoltjuk az akváriumot. Bár a gyártók általában csak 2 fajt palackoznak(egyet ammónia, egyet nitrit ellen), a független szakértők véleménye szerint minden akváriumban változatos szűrőbaktériumokat találunk, amik az akvárium fejlődésével cserélődnek is. Tévhit, hogy a nitrifikáló bacik spórái a levegőből érkeznek. Valójában a Nitrobacteraceae család tagjai képtelenek ellenálló spórák képzésére, így a kiszáradást sem élik túl. Viszont minden élő vízben megtalálhatóak, így a frissen vásárolt növények nedves felszínén is. Legkésőbb a halakkal mindenképpen bekerülnek az akváriumba.

A nitrifikáló baktériumok általánosságban az enyhén lúgos környezetet és az akváriumi viszonylatban magasabb hőmérsékletet preferálják. Anyagcseréjükhöz bikarbonátot használnak fel, ezért némi változó keménység jelenléte is fontos a hatékony biológiai szűréshez, a túl sok viszont felviszi a pH-t az optimális fölé. A hidegvízi akváriumok 20 fok körüli hőmérsékletén a szűrőbaktériumok telejsítménye lecsökken, akár 50%-ig is, nulla fokon pedig nagyrészük elpusztul. Bár a bacik eredendően kedvelik a melegebb vizet (az optimumuk 25-30fok körül van), ennek ellenére a magasabb értékeknél gyakran jelentkeznek problémák a szűrés körül. Ennek oka főleg az, hogy melegben a halak anyagcseréje és a lebontó folyamatok is felgyorsulnak, így sokkal nagyobb ütemben is termelődhet az ammónia, mint ami a szűrőbaktériumoknak még kezelhető lenne. Másrészt meleg vízben rosszabbul oldódik az oxigén, amit a halak és a lebontók is jobban igénybe vesznek, így az oxigént igénylő szűrőbacik is megsínylik a dolgot. Ezért a szűrés szempontjából szerencsésebbek az átlagos, 24-25 fok körüli akváriumok.
A nitrifikáló baktériumoknak kis mennyiségben mikroelemekre is szükségük van a növekedéshez. Ezek közül a gyakorlatban egyedül a foszfát szokott elfogyni. Ilyenkor a baktériumok képtelenekké válnak az energiatároló ATP molekula szintézisére, így növekedésük leáll, ez az úgynevezett foszfátblokk. Extrém lágy vízben probléma lehet még a kalcium, a magnézium és a nátrium hiánya.

24 fokon:	NH3	NH4+
pH 7	0.5%	99,5%
pH 8	5%	95%
pH 8.2	7.7%	92.3%
pH 8.4	11.6%	88,4%
pH 8.6	17.3%	82,7%

A víz ammóniatartalma is erősen befolyásolja a szűrőbaktériumok életét. A túl sok ammónia számukra is ugyanúgy méreg, mint a halaknak. Az ammóniaoxidáló bacik akár 10 mg/literig is elviselik, ez már bőven halálos a halakra is. A nitritoxidálók viszont érzékenyek, már 0,1 mg/litertől pusztulni kezdenek. Ezért fontos, hogy a bejáratási idő alatt is figyeljük az ammónia mennyiségét, vagy legalább rendszeresen vizet cseréjünk, különben hiába várunk az egyébként is csigalassú nitritbontó bacik szaporodására. A víz kémhatása befolyásolja, milyen formában található az ammónia a vízben. Minél lúgosabb a víz, annál nagyobb arányban fordul elő a súlyosan mérgező szabad ammónia(NH3), míg savasban több alakul át kevésbé problémás ammónium-ionná(NH4+). Bár az ammónium elvileg nem mérgező,az ammónia egy arányos része mindig szabad ammónia formájában lesz jelen. Ráaásul a pH kis változásai hirtelen nagy mennyiségű szabad ammónia megjelenését eredményezik, így nem érdemes figyelmen kívül hagyni az ammóniumot. Úgy tartják, a bejáratási idő alatt 4 mg/liter ammónia ideális a szűrés fejlődéséhez. Ez 7-es pH-n 0,02 mg/liter szabad ammóniát jelent, ami bőven biztonságos érték. A szűrőbaktériumok egyaránt fogyasztják a szabad ammóniát és az ammóniumot is, így számukra ez egy kényelmes állapot - bőven van táplálék és biztonságban vannak.  Ellenben egy 8,4-es pH-jú, azaz átlagos csapvízzel töltött akváriumot nézünk, akkor már 0,46 mg/liter NH3-at kapunk, ami már halálos a nitritoxidáló baktériumoknak. Tehát egy lúgos akváriumban sokkal kisebb érték a megengedhető, a szabad ammónia és az ammónium összmennyisége nem lehet 0,5-0,6 mg/liter fölött.

A szűrőbaktériumok életműködésük során fogyasztják a vízkeménységet és salétromsavat termelnek kis mennyiségben. Rendszeres vízcsere mellett ezeknek a folyamatoknak nincs jelentősége, azonban a régi iskola szerint gondozott vízcsere nélküli akváriumban komoly problémákat okoznak. Hosszú hónapok alatt a növényekkel együtt elfogyasztják a vízkeménységet így a víz pufferkapacitását, a pH pedig drasztikusan lesüllyed. Ez már a szűrőbaktériumokat is gátolja, így felhalmozódik az ammónia, ami a savas víz miatt szerencsésen a veszélytelen ammónium formájaban lesz jelen. Viszont ha egy ilyen akváriumban vizet cserélnek, a friss víz lúgosabb pH-ja szabad ammóniát hoz létre belőle, ami a halak mérgezését vagy pusztulását okozza. Ez a jelenség felelős azért, hogy a vízcserét hosszú ideig kifejezetten károsnak tartották.

A szűrőbaktériumok felületekre feltapadva élik életük nagy részét. Nyálkát termelnek maguk köré, ami rögzíti őket egymáshoz és a felszínhez. Ez a nyálka az ammóniabontók esetében vörös, a nitritbontóknál barna. Mivel együtt fordulnak elő, rozsdabarna vagy karamellszínű bevonatot képeznek közösen. Bár az aktív baktériumok a nyálkába tapadva találhatóak, az új élőhelyeket szabadon úszó példányaik kolonizálják. Ezért a szűrők érési időszakában káros az UV szűrők használata, mivel a nitrifikálók érzékenyek a fényre, ezen belül is különösen a kék és az UV hullámhosszokra.

A heterotróf nitrogénfogyasztók

Bár egy stabil akváriumban nem sok szerepük van, számtalan más baktérium is létezik, amelyek ammóniát (is) fogyasztanak. Ezeket többek között a Bacillus,a Pseudomonas és az Escherichia nemzetség képviseli. Akad köztük gram pozitív és negatív is, aerob és fakultatív anaerob is, azaz olyan, amelyik ha épp úgy adódik, az oxigén teljes hiánya mellett is képes élni és fejlődni. Ezek a baktériumok sokfélék és szélesek a tűréshatáraik, az extrém körülményeket spóra állapotban vészelik át.  Olyan is akad köztük, ami egyarán jól érzi magát édes és tengervízben is. Energiájukat elsődlegesen szerves anyagok lebontásából nyerik, és csak másodlagosan, (ha nincs jobb) fanyalodnak az ammóniára. Így egy valódi nitrifikálóhoz képest egy-egy heterotróf baktérium hatékonysága borzasztóan alacsony. Azonban szerves anyagok bontásából jóval könnyebb energiát és szenet nyerni, így ezek a baktériumok igen gyors szaporodásra képesek, akár 15 percenkénti osztódással.  Nagy tömegben pedig már egész hasznos segítséget jelenthetnek egy új akváriumban. Hosszú távon viszont nem alkalmasak a nitrogénvegyületek eltávolítására, főleg mivel a nitrittel már egyáltalán nem tudnak mit kezdeni. Néhány fajuk ugyan képes a nitritet nitrogéngázzá alakítani, azonban csak anaerob körülmények mellett, ami édesvízi akváriumban csak igen problémásan biztosítható. A pozitív tulajdonságaik közé tartozik még, hogy a szerves törmelék mennyiségét hatékonyan csökkentik.

Baktériumok a gyárból

A legtöbb baktériumkészítmény amivel az átlagos akvarista találkozik a heterotróf bacikat tartalmazza. Ennek elég egyszerű oka van: hosszú ideig eltarthatóak és nem igényelnek speciális tárolást. Ezeknek a szereknek is megvan a maga haszna és szerepe, például a különböző baleseteknél hasznos elsősegélyt jelentenek. Ha másra nem, arra mindenképpen jók, hogy a valódi szűrőbaktériumok ammóniamérgezését segítenek megelőzni. Azonban ezeknek a termékeknek a gyártói szeretik azt az illúziót kelteni, hogy tökéletesen kiváltják az akvárium bejáratási idejét, vagy hasznos(sőt, esetenként szükséges) az állandó adagolásuk. Ezért fontos, hogy felismerjük pontosan mit is szeretnénk venni. A heterotróf baktériumkészítmények lebuktatói: 

- Nincs ráírva egyenesen, hogy nitrifikáló baktériumokat tartalmaz. Nitrogénciklust vagy biológiai ciklust segítő baktériumok, esetleg hasznos baktériumok szerepelnek vagy valami hasonló általános kifejezés.

- Spórákat tartalmaz. A valódi nitrifikálóknak nincsenek spórái.

- Szilárd készítmény, pl. tabletta vagy kapszula. A valódi nitrifikálók csak oldatban maradnak életben. Heterotróf bacikat oldatban és szilárd formában is forgalmaznak.

- Nincs lejárati dátum vagy a szavatosság években mérhető. Nincs semmiféle ajánlás a tárolásra.

- A törmelék csökkenését ígéri. Erre a nitrifikálók nem képesek, a heterotrófok viszont igen.

- Ugyanaz a készítmény édes- és tengervízben is használható.

- Áttetsző vagy tejszerű folyadék, ami az akváriumban fehér ködösödést okozhat.

A valódi nitrifikálókat  tartalmazó baktériumkészítmények képesek arra, hogy a nulláról napok alatt használható biológiai szűrést alakítsanak ki az akváriumokban. Azonban még így sem ajánlott teljesen ezekre hagyatkozni. Ezek a baktériumok érzékenyek, a szállítás és a tárolás hibái a hatékonyság csökkenését okozzák. Mivel kicsi a forgalmuk, nem éppen egyszerű friss és helyesen kezelt termékekhez jutni pontosan akkor, amikor szükség lenne rájuk. Az átlagos díszhalas boltban nem árulnak ilyesmit, a nálunk népszerű gyártók kínálatából hiányoznak. Ráadásul a gyártók szeretik a konkurensekről azt állítani, hogy nem a jó, hatékony fajokat forgalmazzák. Független vizsgálatok hiányában nehéz eldönteni, kinek van igaza, általánosságban azért pozitívak a tapasztalatok ezekkel a termékekkel. Ha valódi nitrifikálókat szeretnénk, a következőket keressük:

- Szép nagy Nitrifying bacteria vagy nitrifikáló baktériumok felirat. Aki ilyet gyárt, az büszke rá és hirdeti.

- Hűtőben vagy hűvösebb szobahőmérsékleten való tárolást javasol.

- Maximum 1 éves lejárati dátuma van.

- Gyanús sárgás - barnás folyadék. 

Létezik még egy harmadik típusú "bacilötty" is, amit főleg az újonnan megjelent márkák kínálatában találunk. Ezek a készítmények nitrátbontó baktériumokat tartalmaznak és adagolásukkal a nitrát csökkenését ígérik. Azonban ez édesvízi akváriumban sehogyan sem működőképes, hacsak nem építünk a célra külön denitrátor szűrőt. Hiába adagoljuk ugyanis a megfelelő baktériumokat, ezek csak speciális környezetben képesek szaporodni és dolgozni a nitrátmentesítésen.

Források:

Unalmas, ámde valóban tudományos vizsgálat, akváriumban talált  ammóniaoxidáló fajokról:

Identification of bacteria responsible for ammonia oxidation in freshwater aquaria. 

Egy tanulmány amiben Nitrospira bacikat azonosítottak akváriumszűrőkből vett mintákban:

Nitrospira-Like Bacteria Associated with Nitrite Oxidation in Freshwater Aquaria

Ez az átfogó cikk sok hasznos információt tartalmaz, de tele van kisebb pontatlanságokkal:

How the Aquarium Nitrogen Cycle Works 

Bár egy gyártótól származnak, ez a két cikk részleteiben nagyon korrekt és alapos összefoglaló:

Nitrifying Bacteria Facts

Autotrophic vs. Heterotrophic Bacteria

Szintén egy gyártó, kissé hatászvadász marketingszöveggel. Ha eltekintünk a konkurencia szapulásától, korrekt:

The Shocking Truth About Nitrifying Bacteria Products

Még egy összefoglaló, független forrásoktól:

Nitrifying Bacteria