Chemosintezės apibrėžimas ir pavyzdžiai

Chemosintezė yra anglies junginių ir kitų molekulių pavertimas į organinius junginius. Šioje biocheminėje reakcijoje yra metanas arba neorganinis junginys, toks kaip vandenilio sulfidas arba vandenilio dujos oksiduotas veikti kaip energijos šaltinis. Priešingai, energijos šaltinis fotosintezė (reakcijų rinkinys, per kurį anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze ir deguonimi) proceso energijai panaudoti naudojama saulės šviesa.

Idėją, kad mikroorganizmai galėtų gyventi iš neorganinių junginių, pasiūlė Sergejus Nikolajevičius Vinogradnsii (Winogradsky) 1890 m., Remiantis tyrimais, atliktais su bakterijomis, kurios, atrodo, gyvena iš azoto, geležies arba sieros. Hipotezė buvo patvirtinta 1977 m., Kai giliavandenis povandeninis Alvinas stebėjo vamzdelių kirminus ir kitą supančią gyvybę hidroterminės angos prie „Galapagų rifto“. Harvardo studentas Colleenas Cavanaugh pasiūlė ir vėliau patvirtino, kad vamzdeliniai kirminai išgyveno dėl savo ryšių su chemosintetinėmis bakterijomis. Oficialus chemosintezės atradimas yra įskaitytas Cavanaugh.

Organizmai, gaunantys energiją oksiduodamiesi elektronų donorais, yra vadinami chemotrofais. Jei molekulės yra organinės, organizmai vadinami chemoorganotrofais. Jei molekulės yra neorganinės, organizmai yra terminai chemolitotrofai. Saulės energiją naudojantys organizmai, atvirkščiai, yra vadinami fototrofais.

Chemoautotrofai savo energiją gauna iš cheminių reakcijų ir iš anglies dioksido sintezuoja organinius junginius. Cheminės sintezės energijos šaltinis gali būti elementinė siera, vandenilio sulfidas, molekulinis vandenilis, amoniakas, manganas arba geležis. Chemoautotrofų pavyzdžiai yra bakterijos ir metanogeninės archajos, gyvenančios giliavandenėse angose. Žodį „chemosintezė“ iš pradžių sukūrė Wilhelmas Pfefferis 1897 m., Norėdamas apibūdinti energijos gamybą neorganinių molekulių oksidacijos būdu autotrofų būdu (chemolitoautotrofija). Pagal šiuolaikinį apibrėžimą, chemosintezė taip pat apibūdina energijos gamybą chemoorganoautotrofijos būdu.

Chemoheterotrofai negali pritvirtinti anglies ir sudaryti organinius junginius. Vietoj to, jie gali naudoti neorganinius energijos šaltinius, tokius kaip sieros (chemolitoheterotrofai) arba organiniai energijos šaltiniai, tokie kaip baltymai, angliavandeniai ir lipidai (chemoorganoheterotrofai).

Chemos sintezė buvo aptikta hidroterminėse angose, izoliuotuose urvuose, metano klatratuose, banginių kritimuose ir šaltose vietose. Buvo iškelta hipotezė, kad šis procesas gali leisti gyventi po Marso ir Jupiterio mėnulio Europa paviršiumi. taip pat kitose Saulės sistemos vietose. Esant deguoniui, gali vykti chemosintezė, tačiau tai nėra būtina.

Be bakterijų ir archajos, kai kurie didesni organizmai priklauso nuo chemosintezės. Puikus pavyzdys yra milžiniškas vamzdinis kirminas, kurio yra daugybė aplink gilias hidrotermines angas. Kiekvienas kirminas kaupia chemosintetines bakterijas organe, vadinamame trofosoma. Bakterijos oksiduoja sieros iš kirminų aplinkos maistą, reikalingą gyvūnui. Naudojant vandenilio sulfidą kaip energijos šaltinį, chemosintezės reakcija yra tokia:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

Tai labai panašu į reakciją gauti angliavandenius fotosintezės būdu, išskyrus fotosintezė išskiria deguonies dujas, o chemosintezės metu išsiskiria kieta siera. Geltonos sieros granulės yra matomos reakciją atliekančių bakterijų citoplazmoje.

Kitas chemosintezės pavyzdys buvo aptiktas 2013 m., Kai buvo rasta bakterijų, gyvenančių bazalte po vandenyno dugno nuosėdomis. Šios bakterijos nebuvo susijusios su hidrotermine ventiliacija. Buvo pasiūlyta, kad bakterijos naudoja vandenilį, sumažėjusį mineralų kiekį jūros vandenyje, maudant uolieną. Bakterijos gali sureaguoti su vandeniliu ir anglies dioksidu, kad susidarytų metanas.

Nors terminas „chemosintezė“ dažniausiai vartojamas biologinėse sistemose, jis gali būti plačiau naudojamas apibūdinti bet kokią cheminės sintezės formą, kurią sukelia atsitiktinis šiluminis judėjimas. reagentai. Priešingai, mechaninis molekulių manipuliavimas jų reakcijai valdyti yra vadinamas „mechanosinteze“. Tiek chemosintezė, tiek mechanosintezė gali sudaryti sudėtinius junginius, įskaitant naujas molekules ir organines molekules.

• Campbell, Neil A., et al. Biologija. 8-asis leidimas, Pearson, 2008 m.
• Kelly, Donovan P. ir Ann P. Mediena. “Chemolitotrofiniai prokariotai.” Prokariotai, redagavo Martinas Dworkinas ir kt., 2006, p. 441-456.
• Schlegel, H. G. „Chemoautotrofijos mechanizmai“. Jūrų ekologija: išsamus, integruotas vandenynų ir pakrančių vandenų gyvenimo aprašymas, redagavo Otto Kinne, Wiley, 1975, p. 9-60.
• Somero, Gn. „Simbiozinis vandenilio sulfido panaudojimas.” Fiziologija, t. 2, ne. 1, 1987, p. 3-6.