Definicja i przykłady chemosyntezy

Chemosynteza to konwersja związków węgla i innych cząsteczek w związki organiczne. W tej reakcji biochemicznej występuje metan lub związek nieorganiczny, taki jak siarkowodór lub gazowy wodór utleniony działać jako źródło energii. Natomiast źródło energii dla fotosynteza (zestaw reakcji, w których dwutlenek węgla i woda są przekształcane w glukozę i tlen) wykorzystuje energię ze światła słonecznego do zasilania procesu.

Pomysł, że mikroorganizmy mogą żyć na związkach nieorganicznych, został zaproponowany przez Siergieja Nikołajewicza Vinogradnsii (Winogradsky) w 1890 r., Na podstawie badań przeprowadzonych na bakteriach, które wydawały się żyć z azotu, żelaza lub siarka. Hipoteza została potwierdzona w 1977 r., Gdy głębinowy głębinowy Alvin obserwował robaki rurowe i inne otaczające życie kominy hydrotermalne na Szczelinie Galapagos. Studentka z Harvardu, Colleen Cavanaugh, zaproponowała, a później potwierdziła, że ​​robaki przetrwały z powodu ich związku z bakteriami chemosyntetycznymi. Oficjalne odkrycie chemosyntezy przypisuje się Cavanaugh.

Organizmy, które uzyskują energię poprzez utlenienie dawców elektronów, nazywane są chemotrofami. Jeśli cząsteczki są organiczne, organizmy nazywane są chemoorganotrofami. Jeśli cząsteczki są nieorganiczne, organizmy nazywane są chemolitotrofami. Natomiast organizmy wykorzystujące energię słoneczną nazywane są fototrofami.

Chemoautotrofy czerpią energię z reakcji chemicznych i syntezują związki organiczne z dwutlenku węgla. Źródłem energii do chemosyntezy może być siarka elementarna, siarkowodór, wodór cząsteczkowy, amoniak, mangan lub żelazo. Przykłady chemoautotrofów obejmują bakterie i archeany metanogenne żyjące w otworach głębinowych. Słowo „chemosynteza” zostało pierwotnie wymyślone przez Wilhelma Pfeffera w 1897 r. W celu opisania wytwarzania energii przez utlenianie cząsteczek nieorganicznych przez autotrofy (chemolitoautotrofia). Zgodnie z nowoczesną definicją chemosynteza opisuje także wytwarzanie energii za pomocą chemoorganoautotrofii.

Chemoheterotrofy nie mogą wiązać węgla z wytworzeniem związków organicznych. Zamiast tego mogą korzystać z nieorganicznych źródeł energii, takich jak siarka (chemolitoheterotrofy) lub organiczne źródła energii, takie jak białka, węglowodany i lipidy (chemoorganoheterotrofy).

Chemosynteza została wykryta w otworach hydrotermalnych, odizolowanych jaskiniach, klatratach metanu, upadkach wielorybów i zimnych wyciekach. Postawiono hipotezę, że proces ten może pozwolić na życie pod powierzchnią Marsa i księżyca Jowisza Europa. jak również inne miejsca w Układzie Słonecznym. Chemosynteza może zachodzić w obecności tlenu, ale nie jest wymagana.

Oprócz bakterii i archeonów niektóre większe organizmy opierają się na chemosyntezie. Dobrym przykładem jest gigantyczny robak rurkowy, który występuje w dużych ilościach otaczających głębokie otwory hydrotermalne. Każdy robak przenosi bakterie chemosyntetyczne w narządzie zwanym trofosomem. Bakterie utleniają siarkę ze środowiska robaka, aby wytworzyć pokarm, którego potrzebuje zwierzę. Wykorzystując siarkowodór jako źródło energii, reakcja chemosyntezy jest następująca:

12 godz₂S + 6 CO₂ → C.₆H.₁₂O₆ + 6 godz₂O + 12 S.

Jest to bardzo podobne do reakcji wytwarzania węglowodanów poprzez fotosyntezę, z wyjątkiem tego, że fotosynteza uwalnia tlen, podczas gdy chemosynteza daje stałą siarkę. Żółte granulki siarki są widoczne w cytoplazmie bakterii, które przeprowadzają reakcję.

Kolejny przykład chemosyntezy odkryto w 2013 r., Kiedy znaleziono bakterie żyjące w bazalcie poniżej osadu dna oceanu. Bakterie te nie były związane z odpowietrzeniem hydrotermalnym. Sugerowano, że bakterie wykorzystują wodór z redukcji minerałów w wodzie morskiej kąpiącej się w skale. Bakterie mogą reagować z wodorem i dwutlenkiem węgla, tworząc metan.

Chociaż termin „chemosynteza” jest najczęściej stosowany w układach biologicznych, może być stosowany bardziej ogólnie do opisania dowolnej formy syntezy chemicznej wywołanej przez losowy ruch termiczny reagenty. Natomiast mechaniczna manipulacja cząsteczkami w celu kontrolowania ich reakcji nazywa się „mechanosyntezą”. Zarówno chemosynteza, jak i mechanosynteza mają potencjał do konstruowania złożonych związków, w tym nowych cząsteczek i cząsteczek organicznych.

• Campbell, Neil A., i in. Biologia. 8 edycja, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. i Ann P. Drewno. “Chemolitotroficzne prokarioty.” Prokariota, pod redakcją Martina Dworkina i wsp., 2006, ss. 441-456.
• Schlegel, H.G. „Mechanizmy chemo-autotrofii”. Ekologia morska: kompleksowy, zintegrowany traktat o życiu w oceanach i wodach przybrzeżnych, pod redakcją Otto Kinne, Wiley, 1975, ss. 9-60.
• Somero, Gn. „Symbiotyczne wykorzystanie siarkowodoru.” Fizjologia, vol. 2, nr 1, 1987, ss. 3-6.