Определение и примери за хемосинтеза

Хемосинтезата е превръщане на въглеродни съединения и други молекули в органични съединения. В тази биохимична реакция е метан или неорганично съединение, като сероводород или водороден газ окислява да действа като източник на енергия. За разлика от тях, източникът на енергия за фотосинтеза (съвкупността от реакции, чрез които въглеродният диоксид и водата се превръщат в глюкоза и кислород) използват енергия от слънчевата светлина за захранване на процеса.

Идеята, че микроорганизмите могат да живеят върху неорганични съединения, е предложена от Сергей Николаевич Виноградски (Winogradsky) през 1890 г. въз основа на изследвания, проведени върху бактерии, които изглежда са живели от азот, желязо или сяра. Хипотезата е утвърдена през 1977 г., когато дълбоководното потопяемо Алвин наблюдава тръбни червеи и други заобикалящи ги животи хидротермални отвори в Галапагоския рифт. Студентът от Харвард Колин Кавано предложи и по-късно потвърди, че тръбните червеи са оцелели поради връзката им с химиосинтетичните бактерии. Официалното откритие на хемосинтеза е кредитирано на Кавано.

Организмите, които получават енергия чрез окисляване на донори на електрон, се наричат ​​хемотрофи. Ако молекулите са органични, организмите се наричат ​​хемоорганотрофи. Ако молекулите са неорганични, организмите са термини хемолитотрофи. За разлика от тях, организмите, които използват слънчева енергия, се наричат ​​фототрофи.

Хемоавтотрофите получават енергията си от химични реакции и синтезират органични съединения от въглероден диоксид. Източникът на енергия за хемосинтеза може да бъде елементарна сяра, сероводород, молекулен водород, амоняк, манган или желязо. Примерите за хемоавтотрофи включват бактерии и метаногенни археи, живеещи в дълбоководни отвори. Думата "хемосинтеза" първоначално е въведена от Вилхелм Пфефер през 1897 г., за да опише производството на енергия чрез окисляване на неорганични молекули чрез автотрофи (хемолитоавтотрофия). Съгласно съвременното определение, химиосинтезата също описва производството на енергия чрез хемоорганоавтотрофия.

Хемохетеротрофите не могат да фиксират въглерода, за да образуват органични съединения. Вместо това те могат да използват неорганични източници на енергия, като напр сяра (хемолитохетеротрофи) или органични източници на енергия, като протеини, въглехидрати и липиди (хемоорганохетеротрофи).

Хемосинтезата е открита в хидротермални отвори, изолирани пещери, метанови клатрати, падане на китове и студени прониквания. Предполага се, че процесът може да позволи живот под повърхността на Марс и Луната на Юпитер. както и други места в Слънчевата система. Хемосинтезата може да възникне в присъствието на кислород, но не е необходима.

В допълнение към бактериите и археите, някои по-големи организми разчитат на хемосинтеза. Добър пример е гигантският тръбен червей, който се среща в голям брой около дълбоки хидротермални отвори. Всеки червей съхранява хемосинтетични бактерии в орган, наречен трофосом. Бактериите окисляват сярата от околната среда на червея, за да произвеждат храната, от която животното се нуждае. Използвайки сероводород като източник на енергия, реакцията за хемосинтеза е:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆Н₁₂О₆ + 6 H₂O + 12 S

Това е много като реакцията за получаване на въглехидрати чрез фотосинтеза, освен фотосинтеза отделя кислороден газ, докато хемосинтезата дава твърда сяра. Гранулите на жълтата сяра са видими в цитоплазмата на бактериите, които извършват реакцията.

Друг пример за хемосинтеза беше открит през 2013 г., когато бяха открити бактерии, живеещи в базалт под утайката на океанското дъно. Тези бактерии не са били свързани с хидротермален отдушник. Предполага се, че бактериите използват водород от редукцията на минерали в морската вода, къпеща скалата. Бактериите могат да реагират водород и въглероден диоксид, за да произвеждат метан.

Въпреки че терминът "хемосинтеза" най-често се прилага за биологични системи, той може да се използва по-общо за описание на всяка форма на химичен синтез, предизвикана от случайно термично движение на реагенти. За разлика от тях, механичната манипулация на молекулите за контрол на тяхната реакция се нарича "механосинтеза". Както химиосинтезата, така и механосинтезата имат потенциал да изграждат сложни съединения, включително нови молекули и органични молекули.

• Кембъл, Нийл А. и др. Биология. 8-мо издание, Pearson, 2008.
• Кели, Донован П. и Ан П. Дърво. “Хемолитотрофните прокариоти.” Прокариотитепод редакцията на Martin Dworkin et al., 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H. G. „Механизми на химио-автотрофия“. Морска екология: всеобхватен, интегриран трактат за живота в океаните и крайбрежните водипод редакцията на Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn "Симбиотична експлоатация на водороден сулфид.” физиология, кн. 2, бр. 1, 1987, с. 3-6.