Miten erilaisia aineita kemosyntetisoivien bakteerien elämänprosessit järjestetään ja toteutetaan? Vastataksesi näihin kysymyksiin sinun on ymmärrettävä useita biologisia käsitteitä.
Bakteereille tyypillisiä piirteitä
Otetaan ensin selvää, keitä bakteerit ovat. Tämä on koko villieläinten v altakunta. Ne ovat mikroskooppisen kokoisia yksisoluisia organismeja, joista puuttuu ydin. Mutta tämä ei tarkoita, että bakteereilla ei yleensä ole rakenteita, jotka ovat vastuussa perinnöllisen tiedon välittämisestä. Sillä on vain primitiivisempi organisaatio. Nämä ovat pyöreitä DNA-molekyylejä, jotka ovat keskittyneet tiettyyn sytoplasman osaan, jota kutsutaan nukleoidiksi.
Autotrofisen ravinnon olemus
Kemosynteettiset bakteerit, joista keskustellaan artikkelissamme, tuottavat itsenäisesti orgaanisia aineita. Ne ovat autotrofeja, kuten kasvit. Viimeksi mainitut kuitenkin käyttävät tähän auringonvalon energiaa. Kloroplastien vihreiden plastidien läsnäolo antaa heille mahdollisuuden suorittaa fotosynteesiprosessia. Sen ydin on glukoosihiilihydraatin muodostuminenepäorgaaniset aineet - vesi ja hiilidioksidi. Toinen tämän kemiallisen reaktion tuote on happi. Bakteerit ovat myös autotrofeja. Mutta he eivät tarvitse auringonvaloa saadakseen energiaa. Ne suorittavat eri prosessin - kemosynteesin.
Mikä on kemosynteesi
Kemosynteesi on orgaanisten aineiden muodostumisprosessi redox-reaktioiden esiintymisen seurauksena. Sitä suorittavat luonnossa vain prokaryootit. Kemosynteettiset bakteerit voivat käyttää rikki-, typpi- ja rautayhdisteitä orgaanisten aineiden syntetisoimiseen. Tämä vapauttaa energiaa, joka kertyy ensin ATP-sidoksiin, minkä jälkeen bakteerisolut voivat käyttää sitä.
Kemosynteettiset bakteerit: elinympäristö
Koska kemotrofien elinikä ei riipu auringonvalosta, niiden levinneisyysalue on melko laaja. Esimerkiksi rikkibakteerit voivat elää suurissa syvyyksissä, joskus ne ovat ainoat elävien olentojen edustajat siellä. Näiden prokaryoottien elinympäristö on useimmiten maaperä, jätevesi ja substraatit, joissa on runsaasti tiettyjä kemiallisia yhdisteitä.
Rautabakteerit
Kemosynteettiset bakteerit sisältävät prokaryootteja, jotka muuttavat rautayhdisteiden koostumusta. Ne löysi erinomainen venäläinen mikrobiologi Sergei Nikolaevich Vinogradsky vuonna 1950. Tämäntyyppiset bakteerit muuttavat hapetusreaktion aikana raudan hapetustilaa tehden siitä kolmiarvoisen. He elävät makeissa ja suolaisissa vesissä. Luonnossa ne suorittavat raudan kiertokulkualuonnossa ja teollisuudessa käytetään puhdasta kuparia. Tämäntyyppiset bakteerit kuuluvat myös litoautotrofeihin, jotka pystyvät syntetisoimaan joitain solujensa alkuaineita hiilihaposta.
Rikkibakteerit
Bakteerit, rikkiyhdisteistä kemosyntetisoivat aineet, voivat esiintyä erikseen vesistöjen pohjalla tai muodostaa symbioosin nilviäisten ja meren selkärangattomien kanssa. He käyttävät rikkivetyä, sulfideja, tionihappoja tai molekyylirikkiä hapettumisen lähteenä. Tämäntyyppiset bakteerit olivat pääkohde kemosynteesiprosessin löytämisessä ja tutkimuksessa. Tämä prokaryoottien ryhmä sisältää myös joitain fototrofisia prokaryootteja. Esimerkiksi violetit tai vihreät rikkibakteerit.
Nitrifioivat bakteerit
Nitrifioivat bakteerit asettuvat palkokasvien juurille. Tämän ryhmän kemosynteettiset prokaryootit hapettavat ammoniakin typpihapoksi. Tämä reaktio suoritetaan useissa vaiheissa, jolloin muodostuu väliaineita. Maaperässä on myös typpeä sitovia bakteereja. Ne elävät palkokasvien juurissa. Tunkeutuessaan maanalaisen elimen kudoksiin ne muodostavat tyypillisiä paksuuntumia. Tällaisten muodostumien sisällä luodaan suotuisa ympäristö kemosynteesin virtaukselle. Kasvien symbioosi kyhmybakteerien kanssa on molempia osapuolia hyödyttävää. Ensimmäinen tarjoaa prokaryooteille fotosynteesin aikana saatua orgaanista ainetta. Bakteerit puolestaan pystyvät sitomaan ilmakehän typpeä ja muuttamaan sen sellaiseen muotoon, johonkasvit.
Miksi tämä prosessi on niin tärkeä? Itse asiassa ilmakehässä typen pitoisuus on melko korkea ja on 78%. Mutta tässä muodossa kasvit eivät voi imeä tätä ainetta. Kasvit tarvitsevat typpeä juurien kehittymiseen. Tässä tilanteessa kyhmybakteerit tulevat apuun, jotka muuttavat sen nitraatti- ja ammoniummuotoon.
Tionibakteerit
Tioniprokaryootit ovat myös kemosynteettisiä bakteereja. Niiden energialähteenä ovat erilaiset rikkiyhdisteet. Tämäntyyppiset bakteerit pelkistävät ne rikkihapoksi. Tähän reaktioon liittyy väliaineen pH:n merkittävä lasku. Tionibakteerit kuuluvat asidofiilien ryhmään. Näitä ovat organismit, jotka voivat selviytyä korkean happamuuden olosuhteissa. Tällaiset olosuhteet ovat tyypillisiä suoille. Yhdessä tiaanikasvien kanssa tämä ryhmä muodostuu maito- ja etikkahappobakteereista, siimaviljelmistä ja rotifereista.
Vetybakteerit
Tämäntyyppiset prokaryootit ovat maaperän asukkaita. Ne hapettavat molekyylivetyä vedeksi vapauttaen energiaa. Tällaiset bakteerit kuuluvat myös termofiilien ryhmään. Tämä tarkoittaa, että ne pystyvät selviytymään korkeissa lämpötiloissa, jotka voivat nousta 50 celsiusasteeseen. Tämä vetybakteerien kyky johtuu siitä, että ne erittävät erityisiä entsyymejä, jotka toimivat myös sellaisissa olosuhteissa.
Roolikemosynteettiset bakteerit
Kemotrofeilla on tärkeä rooli monimutkaisissa muunnosprosesseissa ja vastaavien kemikaalien kiertämisessä luonnossa. Koska rikkivety ja ammoniakki ovat melko myrkyllisiä aineita, ne on neutraloitava. Tämän tekevät myös kemotrofiset bakteerit. Kemiallisten muutosten aikana muodostuu muille organismeille välttämättömiä aineita, mikä mahdollistaa niiden normaalin kasvun ja kehityksen. Suuret rauta- ja mangaanimalmiesiintymät merien ja soiden pohjalle syntyvät kemotrofien toiminnan seurauksena. Nimittäin rautabakteerit.
Ihminen on oppinut käyttämään kemotrofien ainutlaatuisia ominaisuuksia toiminnassaan. Esimerkiksi rikkibakteerien avulla ne puhdistavat jäteveden rikkivedystä, suojaavat metalli- ja betoniputkia korroosiolta ja maaperää happamoitumiselta.
Kemosynteettiset bakteerit ovat siis erityisiä prokaryootteja, jotka pystyvät suorittamaan asianmukaisia kemiallisia reaktioita anaerobisissa olosuhteissa. Nämä organismit hapettavat aineita. Tässä tapauksessa vapautuva energia varastoidaan ensin ATP-sidoksiin ja käytetään sitten elämänprosessien suorittamiseen. Tärkeimmät ovat rautaa, rikkiä ja typpeä sitovat bakteerit. Ne elävät sekä vesi- että maaperässä. Kemotrofit ovat välttämätön linkki ainekierrossa, ne tarjoavat eläville organismeille tarvittavat aineet, ja ihmiset käyttävät niitä laajasti taloudellisessa ja teollisessa toiminnassa.
