Хемосинтез – унікальний процес харчування бактерій

Процес хемосинтезу в біології є в деякому сенсі унікальним явищем, адже це незвичайний тип харчування бактерій, заснований на засвоєнні вуглекислого газу СО2 завдяки окисленню неорганічних сполук. Причому що цікаво, на думку вчених, хемосинтез це найдавніший тип автотрофного харчування (такого харчування, коли організм сам синтезує органічні речовини з неорганічних), який міг з’явитися навіть раніше ніж фотосинтез.

Історія відкриття

Як біологічне явище хемосинтез бактерій був відкритий російським біологом С. Н. Виноградским у 1888 році. Вчений довів здатність деяких бактерій виділяти вуглеводи використовуючи хімічну енергію. Їм же було виділено ряд особливих хемосинтизуючих бактерій, серед яких найбільш помітними є сіркобактерії, залізобактерії та нітрофікуючі бактерії.

Подібності та відмінності з фотосинтезом

Давайте тепер розберемо в чому подібність хемосинтезу і фотосинтезу, а в чому відмінності між ними.

Подібність:

• Як хемосинтез, так і фотосинтез є типами автотрофного харчування, коли організм виділяє органічні речовини з неорганічних.
• Енергія такої реакції запасається в аденозинтрифосфорній кислоті (скорочено АТФ) і згодом використовується для синтезу органічних речовин.

Відмінність фотосинтезу від хемосинтезу:

• У них різне джерело енергії, і як наслідок різні окислювально-відновні реакції. При хемосинтезі первинним джерелом енергії є не сонячне світло, а хімічні реакції по окисленню певних речовин.
• Хемосинтез характерний виключно для бактерій та арей.
• При хемосинтезі клітини бактерій не містять хлорофілу, при фотосинтезі навпаки – містять.
• Джерелом вуглецю для синтезу органіки при хемосинтезі може бути не тільки лише вуглекислий газ, але і окис вуглецю (СО), мурашина кислота, оцтова кислота, метанол і карбонати.

Енергія

Свою енергію бактерії хемосинтетики отримують завдяки окисленню водню, марганцю, заліза, сірки, аміаку, тощо. В залежності від окисленого субстрату згадані нами вище бактерії і отримали свої назви: залізобактерії, сіркобактерії, метаноутворюючі археї, нітріфікуючі бактерії, ну і так далі.

Значення в природі

Хемотрофи – організми, які отримують життєву енергію завдяки хемосинтезу, грають важливу роль в круговороті речовин, особливо азоту, зокрема вони підтримують родючість грунтів. Також завдяки діяльності бактерій-хемосинтетиків в природних умовах накопичуються великі запаси руди та селітри.

Реакції

Тепер давайте більш детально розберемо існуючі реакції хемосинтезу, всі вони відрізняються в залежності від бактерій-хемосинтетиків.

Залізобактерії

До них відносяться нитчасті і залізоокислюючі лептотрікси, сферотіллюси, галліонелли, металлогеніуми. Живуть вони в прісних і морських водоймах. Завдяки реакції хемосинтезу утворюються відкладення залізних руд шляхом окислення двовалентного заліза в тривалентне.

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O → Fe(OH)₃ + 4CO₂ + E (енергія)

Крім енергії в цій реакції утворюється вуглекислий газ. Також крім бактерій, що окислюють залізо, є бактерії, що окислюють марганець.

Сіркобактерії

Інша їх назва – тіобактерії, являють собою досить велику групу мікроорганізмів. Як це випливає з їх назви, ці бактерії отримують енергію шляхом окислення сполук з відновленою сіркою.

2S + 3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + E

Отримана в результаті реакції сірка може, як накопичуватися в самих бактеріях, так і виділятися в навколишнє середовище у вигляді пластівців.

Нітріфікуючі бактерії

Ці бактерії, що живуть у ґрунті і воді, свою енергію отримують за рахунок аміаку та азотної кислоти, саме вони відіграють дуже важливу роль в кругообігу азоту.

2NH₃ + 3O₂ → HNO₂ + 2H₂O + E

Азотиста кислота, отримана при такій реакції, утворює в землі солі і нітрати, що сприяють її родючості.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора

Ця стаття доступна англійською – Chemosynthesis.