Первой ступенью пищевой цепочки биосферы являются автотрофы – бактерии, способные перерабатывать неорганические вещества в органические. Среди них фотосинтетики и хемосинтетики. Невозможно представить жизнь без деятельности бактерий-хемосинтетиков, относящихся к этой категории.
Хемосинтетики – кто это?
Бактерии-автотрофы, получающие энергию для синтеза органических соединений за счет окисления неорганики, называют хемосинтетиками или хемолитоавтотрофными формами жизни. Они являются микроорганизмами, для существования и роста которых свет не имеет значения.
Причем полученная в результате окисления энергия не может быть использована напрямую для органического синтеза, а только через АТФ, который является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов.
Врачи и биологи отмечают уникальные особенности бактерий-хемосинтетиков, которые способны выживать и развиваться в условиях, где солнечный свет недоступен. Эти микроорганизмы используют химические реакции для получения энергии, что позволяет им обитать в экстремальных средах, таких как глубоководные источники и подземные воды. Специалисты подчеркивают, что хемосинтетики играют важную роль в экосистемах, обеспечивая питание для других организмов и участвуя в круговороте веществ. Исследования показывают, что понимание механизмов их жизнедеятельности может открыть новые горизонты в биотехнологии и медицине. Врачи уверены, что изучение этих бактерий поможет в разработке новых методов лечения и улучшении здоровья человека.
Виды хемолитоавтотрофных организмов
Хемосинтезирующие бактерии-автотрофы подразделяют на группы в зависимости от того, какой химический элемент или соединение является источником энергии и подвергается окислению.
Железобактерии
Бактерии, окисляющие двухвалентное железо до трехвалентного, живут в водоемах – как в пресных, так и в соленых. Именно благодаря деятельности этих бактерий-хемосинтетиков на дне водоемов скапливается большое количество железных руд и марганца.
В процесс окисления автотрофами-хемосинтетитками двухвалентного железа из гидрокарбоната железа (II) образуется гидроксид железа (III) и выделяется углекислый газ.
Так как реакция не особо энергоемкая, бактерии для жизнедеятельности вынуждены окислять значительное количество двухвалентного железа. Железобактериям-хемосинтетикам принадлежит основная роль в круговороте железа в биосфере.
Бактерии-хемосинтетики представляют собой удивительный пример жизни, способной существовать без солнечного света. Эти микроорганизмы используют химические реакции для получения энергии, что позволяет им обитать в самых экстремальных условиях, таких как глубоководные гидротермальные источники и кислые шахты. Люди восхищаются их способностью преобразовывать неорганические вещества, такие как сероводород или аммиак, в органические соединения, что делает их ключевыми участниками экосистемы. Исследования показывают, что эти бактерии играют важную роль в биогеохимических циклах, способствуя разложению и переработке веществ. Их изучение открывает новые горизонты в биотехнологии и экологии, подчеркивая, насколько разнообразна жизнь на нашей планете. Бактерии-хемосинтетики не только удивляют ученых, но и вдохновляют на поиски новых источников энергии и устойчивых решений для будущего.
Серобактерии
Серобактерии – это хемосинтетики, способные получать энергию для синтеза органики при окислении соединений серы. Так, например, тиобактерии способны окислять сероводород, сульфиды, полисульфиды, тиосульфаты и другие соединения.
Результатом окислительной реакции этих хемосинтетиков чаще всего являются:
- при полном окислении – сульфаты;
- при неполном окислении – элементарная сера.
Серобактерии представляют собой целую группу различных прокариотов, куда относятся:
- фототрофные – зеленые и пурпурные серобактерии;
- нефотосинтезирующие – бесцветные серые бактерии.
Типичной средой обитания этих бактерий-хемосинтетиков считаются пресные и соленые водоемы. Бактерии могут обитать самостоятельно или являться симбионтами моллюсков, морских ежей и других беспозвоночных обитателей пограничной бескислородной зоны.
Читайте также:
Учитывая свойство тиобактерий окислять сероводород, хемосинтетики с успехом используются для очистки стоков путем окисления сульфида водорода и других соединений серы до сульфатов. Одним из источников сероводорода является процесс гниения серосодержащих аминокислот. Однако это же свойство окислять соединения серы приводит к коррозийному повреждению и разрушению бетонных конструкций.
Тионовые бактерии
Это серобактерии, обладающие способностью окислять сульфиды, сульфиты и тиосульфаты, а также молекулярную серу до сульфатов.
Процесс имеет сходство с окислением сероводорода серобактериями. Характерная черта – отсутствие отложений внутриклеточной серы.
Представители тионовых бактерий обладают особыми свойствами: они остаются жизнестойкими при рН 2 (сильнокислая среда) и выдерживают присутствие тяжелых металлов в больших концентрациях.
Нитрифицирующие прокариоты
Автотрофной нитрификацией называют процесс окислительного воздействия бактерий-хемосинтетиков на аммиак, выделяющийся в процессе гниения, с получением азотистой или азотной кислот.
Сам процесс нитрификации проходит в 2 стадии:
- окисление аммиака с образованием нитрит-иона;
- окисление нитрит-иона до нитрат-иона.
Аммиак, который используют нитрифицирующие прокариоты-хемосинтетики, является продуктом гниения останков животных и растений.
Нитрозные и нитритные микроорганизмы
Бактерии принадлежат к различным подклассам протеобактерий. Они все – грамотрицательные хемосинтетики, синтезирующие необходимые органические соединения из углекислого газа. Чаще всего это мелкие и подвижные бактерии, обладающие жгутиками, расположенными или полярно, или перитрихиально.
Гетеротрофная нитрификация
Существует нитрификация бактериями-хемосинтетиками, при которой энергия, выделяющаяся в процессе синтеза, не используется для синтеза органических соединений. Такой процесс осуществляют бактерии-гетеротрофы. Их активность во много раз ниже, чем у бактерий-автотрофов, но именно они являются источниками чилийской селитры и всех процессов нитрификации, проходящих в средах с низким значением рН.
Водородные прокариоты
Бактерии, способные окислять водород и использовать высвобождающуюся энергию для синтеза органики. В большинстве своем обитают в почве.
Значение хемосинтетиков
Автотрофные хемосинтетики предстают частью круговорота таких элементов, как азот, сера, железо и другие.
В процессе жизнедеятельности хемолитоавтотрофные бактерии потребляют токсичные вещества (аммиак, сероводород). Особенно важна способность прокариотов обогащать почву нитратами и нитритами – формой азотистых соединений, пригодных для усвоения растениями.
Основы цитологии. Хемосинтез..
Вопрос-ответ
Нужен ли свет для хемосинтеза?
Хемосинтез. Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, как фотосинтез, а за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.).
Как свет влияет на бактерии?
Вначале ультрафиолетовые лучи вызывают раздражение, а затем и угнетение жизнедеятельности клеток. При большой дозе или длительном облучении наступает коагуляция (свертывание) белков и смерть бактерий.
Как питаются хемосинтезирующие бактерии?
Суть автотрофного питания: хемосинтезирующие бактерии самостоятельно производят органические вещества. Они являются автотрофами, подобно растениям. Однако последние используют для этого энергию солнечного света. Наличие зеленых пластид хлоропластов позволяет им осуществлять процесс фотосинтеза.
Где происходит хемосинтез у бактерий?
Происходит в строме хлоропласта.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основы хемосинтетического процесса. Понимание того, как бактерии используют химические реакции для получения энергии, поможет вам лучше осознать их роль в экосистемах, особенно в условиях, где солнечный свет недоступен.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на примеры хемосинтетических бактерий в природе. Например, изучите, как они обитают в глубоководных гидротермальных источниках и как влияют на экосистемы, находящиеся вдали от солнечного света.
-
Читайте также:
СОВЕТ №3
Исследуйте возможности применения хемосинтетических бактерий в биотехнологии. Эти организмы могут быть использованы для очистки загрязненных водоемов или в производстве биотоплива, что открывает новые горизонты для устойчивого развития.
СОВЕТ №4
Следите за новыми исследованиями в области микробиологии. Научные открытия о хемосинтетических бактериях могут изменить наше понимание жизни на Земле и даже на других планетах, таких как Марс, где солнечный свет может быть ограничен.
