Kemosynteesin määritelmä ja esimerkit

Kemosynteesi on hiiliyhdisteiden ja muiden molekyylien muuntaminen orgaanisiksi yhdisteiksi. Tässä biokemiallisessa reaktiossa on metaani tai epäorgaaninen yhdiste, kuten rikkivety tai vetykaasu hapetettu toimia energialähteenä. Sen sijaan fotosynteesi (reaktiojoukko, jonka kautta hiilidioksidi ja vesi muunnetaan glukoosiksi ja hapeksi) käyttää auringonvalon energiaa prosessin tehostamiseen.

Sergei Nikolaevich Vinogradnsii ehdotti ajatusta siitä, että mikro-organismit voisivat elää epäorgaanisissa yhdisteissä (Winogradsky) vuonna 1890 perustuen tutkimukseen bakteereista, jotka näyttivät elävän typestä, raudasta tai rikki. Hypoteesi vahvistettiin vuonna 1977, kun syvänmeren vedenalainen Alvin havaitsi putkimatoja ja muuta ympäröivää elämää hydrotermiset tuuletusaukot Galapagosin riftilla. Harvardin opiskelija Colleen Cavanaugh ehdotti ja vahvisti myöhemmin putki-matoja selviytyneiksi suhteistaan ​​kemosynteettisiin bakteereihin. Kemosynteesin virallinen löytö hyvitetään Cavanaughille.

Organismeja, jotka saavat energiaa elektronidonorien hapettumisella, kutsutaan kemotrofeiksi. Jos molekyylit ovat orgaanisia, organismeja kutsutaan kemoorganotrofeiksi. Jos molekyylit ovat epäorgaanisia, organismit ovat termejä kemolitotrofit. Aurinkoenergiaa käyttäviä organismeja sitä vastoin kutsutaan fototrofeiksi.

Kemoautotrofit saavat energiansa kemiallisista reaktioista ja syntetisoivat orgaanisia yhdisteitä hiilidioksidista. Kemosynteesin energialähde voi olla alkuainerikki, rikkivety, molekyylivety, ammoniakki, mangaani tai rauta. Esimerkkeihin kemoautotrofeista sisältyvät bakteerit ja syvänmeren tuuletusaukoissa elävät metanogeeniset arkaaat. Sana "kemosynteesi" oli alun perin Wilhelm Pfefferin vuonna 1897 kuvaamaan energiantuotantoa epäorgaanisten molekyylien hapetuksella autotrofeilla (kemolitoautotrofia). Nykyaikaisen määritelmän mukaan kemosynteesi kuvaa myös energian tuotantoa kemoorganoautotrofian avulla.

Kemoheterotrofit eivät pysty kiinnittämään hiiltä orgaanisten yhdisteiden muodostamiseksi. Sen sijaan he voivat käyttää epäorgaanisia energialähteitä, kuten rikki (kemolitioheterotrofit) tai orgaaniset energialähteet, kuten proteiinit, hiilihydraatit ja lipidit (kemoorganoheterotrofit).

Kemosynteesiä on havaittu hydrotermisissä tuuletusaukkoissa, eristetyissä luolissa, metaaniklatraateissa, valaiden putouksissa ja kylmissä. On oletettu, että prosessi saattaa sallia elämän Marsin ja Jupiterin kuun Europa pinnan alla. samoin kuin muut aurinkokunnan paikat. Kemosynteesi voi tapahtua hapen läsnä ollessa, mutta sitä ei vaadita.

Bakteeri- ja arhaea-ohella eräät suuret organismit luottavat kemosynteesiin. Hyvä esimerkki on jättiläinen putkimato, jota esiintyy suuressa määrin syviä hydrotermisiä tuuletusaukkoja. Jokaisessa madossa on kemosynteettisiä bakteereja troofosomi-nimisessä elimessä. Bakteerit hapettavat matoympäristön rikin tuottaen eläimen tarvitsemaa ravintoa. Kun energialähteenä käytetään rikkivetyä, kemosynteesin reaktio on:

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

Tämä on paljon kuin reaktio hiilihydraatin tuottamiseksi fotosynteesin kautta, paitsi fotosynteesi vapauttaa happikaasua, kun taas kemosynteesi tuottaa kiinteää rikkiä. Keltaiset rikkirakeet ovat näkyviä reaktion suorittavien bakteerien sytoplasmassa.

Toinen esimerkki kemosynteesistä löydettiin vuonna 2013, kun bakteerit havaittiin elävän basaltissa valtameren pohjan sedimenttien alla. Näihin bakteereihin ei liittynyt hydrotermistä tuuletusaukkoa. On ehdotettu, että bakteerit käyttävät vetyä mineraalien pelkistyksestä merivedessä uimavedessä. Bakteerit voivat reagoida vedyn ja hiilidioksidin tuottaa metaania.

Vaikka termiä "kemosynteesi" käytetään useimmiten biologisissa järjestelmissä, sitä voidaan käyttää yleisemmin kuvaamaan mitä tahansa kemiallisen synteesin muotoa, joka johtuu reagenssit. Sitä vastoin molekyylien mekaanista käsittelyä niiden reaktion hallitsemiseksi kutsutaan "mekaanisynteesiksi". Sekä kemosynteesillä että mekaanisynteesillä on mahdollisuus rakentaa monimutkaisia ​​yhdisteitä, mukaan lukien uudet molekyylit ja orgaaniset molekyylit.

• Campbell, Neil A., et ai. Biologia. 8. painos, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. ja Ann P. Puu. “Kemolitotroofiset prokaryootit.” Prokaryotittoimittanut Martin Dworkin, et ai., 2006, s. 441-456.
• Schlegel, H.G. “Kemoautotrofian mekanismit.” Meriökologia: kattava, integroitu tutkimus valtamerten ja rannikkovesien elämästätoimittanut Otto Kinne, Wiley, 1975, ss. 9-60.
• Somero, Gn. ”Rikkivedyn symbioottinen hyödyntäminen.” Fysiologia, voi. 2, ei. 1, 1987, s. 3-6.