Хемосинтез — способ автотрофного питания , при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO ₂ служат реакции окисления неорганических соединений . Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями . Это явление было открыто в 1887 году русским учёным С. Н. Виноградским . Микроорганизмов , способных к хемосинтезу, Виноградский называл аноргоксиданты . Название хемосинтез ввёл немецкий химик и ботаник Вильгельм Пфеффер в 1897 году.

Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована в процессах ассимиляции . Сначала эта энергия переводится в энергию макроэргических связей АТФ и только потом тратится на синтез органических соединений.

Хемолитоавтотрофные организмы

• Железобактерии ( (англ.) ( , ) окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного.
• Серобактерии ( , , Beggiatoa ) окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты .
• Нитрифицирующие бактерии ( (англ.) ( , (англ.) ( , ) окисляют аммиак , образующийся в процессе гниения органических веществ, до азотистой и азотной кислот , которые, взаимодействуя с почвенными минералами , образуют нитриты и нитраты .
• Тионовые бактерии ( (англ.) ( , (англ.) ( ) способны окислять тиосульфаты , сульфиты , сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты (часто с существенным понижением pH раствора), процесс окисления отличается от такового у серобактерий (в частности тем, что тионовые бактерии не откладывают внутриклеточной серы). Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении pH раствора вплоть до 2), способны выдерживать высокие концентрации тяжёлых металлов и окислять металлическое и двухвалентное железо ( ) и выщелачивать тяжёлые металлы из руд

Распространение и экологические функции

Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии ) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород . Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света и являющиеся первичными продуцентами . Хемосинтетические организмы могут потребляться другими организмами в океане или образовывать симбиотические ассоциации с гетеротрофами. Гигантские многощетинковые черви используют бактерий в их (англ.) ( для связывания диоксида углерода (используя сероводород как источник энергии) продуцирования сахаров и аминокислот . В некоторых реакциях получается сера

${\displaystyle {\ce {12H2S + 6CO2 -> C6H12O6 + 6H2O + 12S}}}$

Вместо высвобождения кислорода при фиксации углекислого газа во время фотосинтеза , из сероводорода в процессе хемосинтеза получаются водорастворимые глобулы серы. В бактериях способных к хемоавторофии в форме хемосинтеза, таких как (англ.) ( , пурпурные глобулы серы окрашивают цитоплазму в соответствующий цвет. Большие популяции животных могут поддерживаться за счет хемосинтезирующих бактерий и архей в белых и черных курильщиках , метановых клатратах , холодных просачиваниях , (англ.) ( , изолированных подземных водных пещерах .

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца .

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота , преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы », которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных метанокисляющих архебактерий , может превышать биомассу остальной биосферы.

Была выдвинута гипотеза о том, что хемосинтез может поддерживать жизнь под поверхностью Марса , спутника Юпитера - Европы и других планет . Хемосинтез также может быть первым типом метаболизма, который возник на Земле, что привело позже к возникновению клеточного дыхания и фотосинтеза .

См. также

• Литотрофы#Представители
• Фотосинтез
• Автотрофы
• Гетеротрофы
• Радиосинтез

Примечания