Definícia a príklady chemosyntézy

Chemosyntéza je konverzia zlúčenín uhlíka a iných molekúl na organické zlúčeniny. V tejto biochemickej reakcii je metán alebo anorganická zlúčenina, ako je sírovodík alebo plynný vodík oxiduje pôsobiť ako zdroj energie. Naproti tomu zdroj energie pre fotosyntéza (súbor reakcií, prostredníctvom ktorých sa oxid uhličitý a voda premieňajú na glukózu a kyslík) využíva energiu zo slnečného svetla na poháňanie procesu.

Myšlienku, že mikroorganizmy môžu žiť na anorganických zlúčeninách, navrhol Sergei Nikolaevič Vinogradnsii (Winogradsky) v roku 1890 na základe výskumu uskutočňovaného na baktériách, ktoré podľa všetkého žijú z dusíka, železa alebo síra. Hypotéza bola potvrdená v roku 1977, keď hlbokomorský ponorný Alvin pozoroval červy a iné životné prostredie hydrotermálne prieduchy na Galapagos Rift. Harvardský študent Colleen Cavanaugh navrhol a neskôr potvrdil, že rúrkové červy prežili kvôli ich vzťahu s chemosyntetickými baktériami. Oficiálny objav chemosyntézy sa pripisuje Cavanaughovi.

Organizmy, ktoré získavajú energiu oxidáciou donorov elektrónov, sa nazývajú chemotrofy. Ak sú molekuly organické, organizmy sa nazývajú chemoorganotrofy. Ak sú molekuly anorganické, organizmy sú termíny chemolitotrofy. Na rozdiel od toho sa organizmy, ktoré využívajú slnečnú energiu, nazývajú fototrofy.

Chemoautotrofy získavajú svoju energiu chemickými reakciami a syntetizujú organické zlúčeniny z oxidu uhličitého. Zdrojom energie pre chemosyntézu môže byť elementárna síra, sírovodík, molekulárny vodík, amoniak, mangán alebo železo. Príklady chemoautotrofov zahŕňajú baktérie a metanogénne archaea žijúce v hlbokomorských prieduchoch. Slovo „chemosyntéza“ pôvodne vytvoril Wilhelm Pfeffer v roku 1897, aby opísal produkciu energie oxidáciou anorganických molekúl autotrofmi (chemolitoautotropia). Podľa modernej definície chemosyntéza opisuje aj výrobu energie prostredníctvom chemoorganoautotropie.

Chemoheterotrofy nemôžu viazať uhlík na organické zlúčeniny. Namiesto toho môžu využívať anorganické zdroje energie, ako napr síra (chemolitoheterotrofy) alebo organické zdroje energie, ako sú proteíny, uhľohydráty a lipidy (chemoorganoheterotrofy).

Chemosyntéza bola zistená v hydrotermálnych prieduchoch, izolovaných jaskyniach, metánových klatrátoch, veľrybách a studených prameňoch. Predpokladá sa, že tento proces môže umožniť život pod povrchom Marsu a Jupiterovho mesiaca Europa. ako aj ďalšie miesta v slnečnej sústave. Chemosyntéza sa môže vyskytovať v prítomnosti kyslíka, nie je to však potrebné.

Niektoré baktérie sa okrem baktérií a archaea spoliehajú aj na chemosyntézu. Dobrým príkladom je obrovský trubicový červ, ktorý sa nachádza vo veľkom počte okolitých hlbokých hydrotermálnych prieduchov. Každý červ obsahuje chemosyntetické baktérie v orgáne zvanom trofozóm. Baktérie oxidujú síru z prostredia červa, aby produkovali výživu, ktorú zviera potrebuje. Pri použití sírovodíka ako zdroja energie je reakcia na chemosyntézu:

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

Je to podobné ako reakcia na výrobu uhľohydrátov prostredníctvom fotosyntézy, s výnimkou fotosyntéza uvoľňuje plynný kyslík, zatiaľ čo chemosyntéza poskytuje pevnú síru. Žlté granule síry sú viditeľné v cytoplazme baktérií, ktoré uskutočňujú reakciu.

Ďalší príklad chemosyntézy bol objavený v roku 2013, keď sa našli baktérie žijúce v čadiči pod sedimentom dna oceánu. Tieto baktérie neboli spojené s hydrotermálnym prieduchom. Bolo navrhnuté, že baktérie používajú vodík z redukcie minerálov v morskej vode pri kúpaní skaly. Baktérie by mohli reagovať na vodík a oxid uhličitý za vzniku metánu.

Zatiaľ čo termín „chemosyntéza“ sa najčastejšie používa v biologických systémoch, môže sa všeobecnejšie používať na opis akejkoľvek formy chemickej syntézy vyvolanej náhodným tepelným pohybom reaktanty. Naproti tomu mechanická manipulácia s molekulami na riadenie ich reakcie sa nazýva „mechanosyntéza“. Chemosyntéza aj mechanosyntéza majú potenciál skonštruovať komplexné zlúčeniny vrátane nových molekúl a organických molekúl.

• Campbell, Neil A., a kol. biológie. 8. vydanie, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. a Ann P. Wood. “Chemolitotropické prokaryoty.” Prokaryoty, vyd. Martin Dworkin a kol., 2006, s. 441-456.
• Schlegel, H. G. „Mechanizmy chemoterapie“. Morská ekológia: komplexné a integrované pojednávanie o živote v oceánoch a pobrežných vodách, vyd. Otto Kinne, Wiley, 1975, str. 9-60.
• Somero, Gn. "Symbiotické využívanie sírovodíka.” fyziológie, zv. 2, č. 1, 1987, str. 3-6.