Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о биологическом потреблении энергии из неорганических соединений. Для химического синтеза в молекулярной нанотехнологии см. Хемосинтез (нанотехнология) .
Venenivibrio stagnispumantis получает энергию за счет окисления газообразного водорода.

В биохимии, хемосинтез это биологическое превращение одного или более углеродсодержащих молекул (обычно двуокись углерода или метан ) и питательных веществ в органическое вещество , используя окисление неорганических соединений (например, водород , газ, сероводород ) или черных ионов в качестве источника энергия, а не солнечный свет, как при фотосинтезе . Хемоавтотрофы , организмы , получающие углерод из углекислого газа.через хемосинтез, филогенетически разнообразны. Группы, которые включают заметные или биогеохимически важные таксоны, включают окисляющие серу гамма- и эпсилон- протеобактерии , Aquificae , метаногенные археи и нейтрофильные железоокисляющие бактерии .

Многие микроорганизмы в темных регионах океанов используют хемосинтез для производства биомассы из одиночных молекул углерода. Можно выделить две категории. В тех редких местах, где доступны молекулы водорода (H 2 ), энергия, доступная в результате реакции между CO 2 и H 2 (приводящей к образованию метана, CH 4 ), может быть достаточно большой, чтобы стимулировать производство биомассы. В качестве альтернативы, в большинстве океанических сред энергия для хемосинтеза поступает из реакций, в которых окисляются такие вещества, как сероводород или аммиак . Это может происходить в присутствии кислорода или без него.

Многие хемосинтезирующие микроорганизмы потребляются другими организмами в океане, и симбиотические ассоциации между хемосинтезаторами и дышащими гетеротрофами довольно распространены. Большие популяции животных могут поддерживаться хемосинтетическим вторичным производством в гидротермальных жерлах , клатратах метана , холодных просачиваниях , китовых водопадах и изолированной пещерной воде .

Была выдвинута гипотеза, что анаэробный хемосинтез может поддерживать жизнь под поверхностью Марса , спутника Юпитера Европы и других планет. [1] Хемосинтез, возможно, также был первым типом метаболизма, который развился на Земле, что привело к дальнейшему развитию клеточного дыхания и фотосинтеза.

Процесс хемосинтеза сероводорода [ править ]

Глисты- трубчатые черви используют бактерии в своих трофосомах для фиксации углекислого газа (с использованием сероводорода в качестве электрона и кислорода [2] или нитрата в качестве источника энергии) и производства сахаров и аминокислот . [3] Некоторые реакции производят серу:

хемосинтез сероводорода: [4]
18 H 2 S + 6CO 2 + 3 O 2 → C 6 H 12 O 6 ( углевод ) + 12 H 2 O + 18 S

Вместо выделения газообразного кислорода при фиксации диоксида углерода, как при фотосинтезе , хемосинтез сероводорода производит твердые глобулы серы в процессе. У бактерий , способных к chemoautotrophy (форма А хемосинтез), такие как пурпурных серных бактерий , [5] желтые глобулы серы присутствуют и видны в цитоплазме.

Открытие [ править ]

У гигантских трубчатых червей ( Riftia pachyptila ) вместо кишечника есть орган, содержащий хемосинтезирующие бактерии.

В 1890 году Сергей Виноградский предложил новый тип жизненного процесса под названием «аноргоксидант». Его открытие показало, что некоторые микробы могут жить исключительно на неорганической материи, и появилось во время его физиологических исследований серных, железных и азотных бактерий в 1880-х годах в Страсбурге и Цюрихе .

В 1897 году Вильгельм Пфеффер ввел термин «хемосинтез» для производства энергии путем окисления неорганических веществ в сочетании с автотрофной ассимиляцией углекислого газа - то, что сегодня назвали бы хемолитоавтотрофией. Позже этот термин будет расширен, чтобы включить также хемоорганоавтотрофов, которые представляют собой организмы, которые используют органические энергетические субстраты для ассимиляции диоксида углерода. [6] Таким образом, хемосинтез можно рассматривать как синоним хемоавтотрофии .

Термин « хемотрофия », менее ограничительный, будет введен в 1940-х годах Андре Львоффом для получения энергии путем окисления доноров электронов, органических или нет, связанных с ауто- или гетеротрофией. [7] [8]

Гидротермальные источники [ править ]

Предположение Виноградского подтвердилось почти 90 лет спустя, когда в 1970-х годах было предсказано существование гидротермальных океанических жерл. Горячие источники и странные существа были обнаружены Элвином , первым в мире глубоководным аппаратом для погружения в воду, в 1977 году в Галапагосском разломе . Примерно в то же время тогдашняя аспирантка Коллин Кавано предложила хемосинтетические бактерии, которые окисляют сульфиды или элементарную серу, в качестве механизма, с помощью которого трубчатые черви могут выжить вблизи гидротермальных источников. Позже Кавано удалось подтвердить, что это действительно был метод, с помощью которого черви могли процветать, и ему обычно приписывают открытие хемосинтеза. [9]

В телесериале 2004 года, который вел Билл Най, хемосинтез был назван одним из 100 величайших научных открытий всех времен. [10] [11]

Океаническая кора [ править ]

В 2013 году исследователи сообщили об открытии бактерий, обитающих в породах океанической коры под толстыми слоями отложений и помимо гидротермальных жерл, образующихся по краям тектонических плит . По предварительным данным, эти бактерии питаются водородом, образующимся в результате химического восстановления оливина морской водой, циркулирующей в небольших жилах, пронизывающих базальт , составляющий океаническую кору. Бактерии синтезируют метан, соединяя водород и углекислый газ. [12]

См. Также [ править ]

  • Основные группы питания
  • Автотроф
  • Гетеротроф
  • Фотосинтез
  • Подвижная пещера

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Джулиан Чела-Флорес (2000): «Земные микробы как кандидаты на выживание на Марсе и Европе», в: Секбах, Джозеф (ред.) Путешествие в различные микробные миры: адаптация к экзотической среде , Springer, стр. 387–398. ISBN  0-7923-6020-6
  2. ^ Шмидт-Рор, Клаус (2020). «Кислород - это высокоэнергетическая молекула, питающая сложную многоклеточную жизнь: фундаментальные поправки к традиционной биоэнергетике» . САУ Омега . 5 (5): 2221–2233. DOI : 10.1021 / acsomega.9b03352 . ISSN 2470-1343 . 
  3. ^ Биотехнология для управления окружающей средой и восстановления ресурсов . Springer. 2013. с. 179. ISBN 978-81-322-0876-1.
  4. ^ «Хемолитотрофия | Безграничная микробиология» . course.lumenlearning.com . Проверено 11 апреля 2020 .
  5. ^ Фиолетовые фототрофные бактерии . Хантер, К. Нил. Дордрехт: Спрингер. 2009. ISBN. 978-1-4020-8814-8. OCLC  304494953 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  6. ^ Келлерман, MY; и другие. (2012). «Автотрофия как преобладающий способ фиксации углерода в анаэробных метанокисляющих микробных сообществах» . Proc. Natl. Акад. Sci. США 109 (47): 19321–19326. DOI : 10.1073 / pnas.1208795109 . PMC 3511159 . PMID 23129626 .   
  7. ^ Келли, DP; Вуд, А.П. (2006). «Хемолитотрофные прокариоты» . Прокариоты . Нью-Йорк: Спрингер. С. 441–456. DOI : 10.1007 / 0-387-30742-7_15 . ISBN 978-0-387-25492-0.
  8. ^ Шлегель, HG (1975). «Механизмы химио-автотрофии» (PDF) . В Кинне, О. (ред.). Морская экология . Vol. 2, Часть I. С. 9–60. ISBN  0-471-48004-5.
  9. ^ Кавено, Коллин М .; и другие. (1981). «Прокариотические клетки в червях гидротермальных вентиляционных трубок Rifttia Jones: возможные хемоавтотрофные симбионты». Наука . 213 (4505): 340–342. DOI : 10.1126 / science.213.4505.340 . PMID 17819907 . 
  10. ^ «100 величайших открытий (2004–2005)» . IMDb .
  11. ^ «Величайшие открытия» . Наука . Архивировано из оригинального 19 марта 2013 года . Смотрите онлайн «Величайшие открытия в эволюции».
  12. ^ «Жизнь глубоко в океанической коре, поддерживаемая энергией из недр Земли» . ScienceDaily . 14 марта 2013 . Проверено 16 марта 2013 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Хемосинтетические сообщества в Мексиканском заливе