Kemoszintézis meghatározása és példák

A kemoszintézis a szénvegyületek és más molekulák átalakulása szerves vegyületekké alakítják. Ebben a biokémiai reakcióban metán vagy szervetlen vegyület, például hidrogén-szulfid vagy hidrogén-gáz jelentése oxidált energiaforrásként viselkedik. Ezzel szemben: fotoszintézis (azon reakciókészlet, amelyen keresztül a szén-dioxid és a víz glükózmá és oxigénné alakulnak) a napfényből származó energiát használja fel a folyamat hatalmának fokozására.

Szergej Nikolajevics Vinogradnsii javasolta azt az elképzelést, hogy a mikroorganizmusok szervetlen vegyületeken élhetnek (Winogradsky) 1890-ben, olyan baktériumokon végzett kutatások alapján, amelyek úgy tűnik, hogy nitrogénből, vasból vagy bomlásból élnek kén. A hipotézist 1977-ben hitelesítették, amikor a mélytengeri merülő Alvin megfigyelt csőférgeket és más körülvevő életet hidrotermikus szellőzők a Galapagos-riften. A harvardi hallgató, Colleen Cavanaugh javasolta, majd később megerősítette, hogy a csőféregek túléltek a kemoszintetikus baktériumokkal való kapcsolatuk miatt. A kemoszintézis hivatalos felfedezését Cavanaugh jóváhagyja.

Azokat a organizmusokat, amelyek elektron donorok oxidációjával nyernek energiát, kemotrofoknak nevezzük. Ha a molekulák szervesek, az organizmusokat kemoorganotrofoknak nevezzük. Ha a molekulák szervetlenek, akkor az organizmusok kemolitotrofok. Ezzel szemben a napenergiát használó organizmusokat fototrofoknak nevezik.

A kemoautotrófok kémiai reakciókból nyerik energiájukat és szén-dioxidból szintetizálják a szerves vegyületeket. A kemoszintézis energiaforrása lehet elemi kén, hidrogén-szulfid, molekuláris hidrogén, ammónia, mangán vagy vas. A kemoautotrófok példái közé tartoznak a mélytengeri nyílásokban élő baktériumok és metanogén archaea. A "kemoszintézis" szót eredetileg Wilhelm Pfeffer készítette 1897-ben, hogy leírja az energiatermelést a szervetlen molekulák autotrofok általi oxidációjával (kemolithoautotrophia). A modern meghatározás szerint a kemoszintézis az energiatermelést is leírja a kemoorganoautotrófián keresztül.

A kemoheterotrófok nem képesek rögzíteni a szént szerves vegyületekké. Ehelyett szervetlen energiaforrásokat használhatnak, mint például kén (kemolithoheterotrófok) vagy szerves energiaforrások, például fehérjék, szénhidrátok és lipidek (kemoorganoheterotrofok).

Kemoszintézist detektáltak hidrotermikus szellőzőnyílásokban, izolált barlangokban, metán-klatrátokban, bálnaesésekben és hidegszivárgásokban. Feltételezték, hogy a folyamat lehetővé teheti az életet a Mars és a Jupiter holdja Europa felszíne alatt. valamint a Naprendszer más helyein. Kemoszintézis előfordulhat az oxigén jelenlétében, de erre nincs szükség.

A baktériumok és az archaea mellett néhány nagyobb szervezet a kemoszintézisre támaszkodik. Jó példa erre az óriáscsöves féreg, amely nagy számban található meg a mély hidrotermikus szellőzőnyílások körül. Mindegyik féreg a kemoszintézis baktériumokat egy trofoszómának nevezett szervben tartja. A baktériumok oxidálják a féreg környezetéből származó ként, hogy előállítsák az állatok számára szükséges táplálékot. Hidrogén-szulfidot használva energiaforrásként, a kemoszintézisre a következő reakció zajlik:

12H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

Ez nagyjából hasonlít a szénhidrát fotoszintézis útján történő előállítására, kivéve: fotoszintézis oxigéngázt bocsát ki, míg a kemoszintézis szilárd ként eredményez. A sárga kénszemcsék láthatóak a reakciót végző baktériumok citoplazmájában.

A chemosynthesis újabb példáját 2013-ban fedezték fel, amikor baktériumokat találtak a bazaltban, az óceánfenék üledéke alatt. Ezek a baktériumok nem voltak összekapcsolva egy hidrotermikus szellőzőnyílással. Javasolták, hogy a baktériumok hidrogént használnak az ásványi anyagok redukciójából a tengerparti vízben, a kő fürdésében. A baktériumok reakcióba léphetnek hidrogénnel és szén-dioxiddal metán előállításához.

Noha a "kemoszintézis" kifejezést leggyakrabban a biológiai rendszerekre alkalmazzák, általánosabban használható a kémiai szintézis bármilyen formájának leírására, amelyet a reagensek. Ezzel szemben a molekulák reakciójának szabályozására szolgáló mechanikus manipulációját "mechanoszintézisnek" nevezzük. Mind a kemoszintézis, mind a mechanoszintézis képesek komplex vegyületek előállítására, beleértve az új molekulákat és a szerves molekulákat.

• Campbell, Neil A., et al. Biológia. 8. kiadás, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. és Ann P. Faipari. “A kemolitotróf prokarióták.” A prokarióták, szerkesztette: Martin Dworkin és társai, 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H. G. “A kemo-autotrófia mechanizmusai.” Tengeri ökológia: átfogó, integrált értekezés az óceánok és a tengerparti vizek életéről, szerkesztette Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn. „A hidrogén-szulfid szimbiotikus kiaknázása.” Fiziológia, vol. 2, nem 1, 1987, pp. 3-6.