Opredelitev in primeri kemosinteze

Kemosinteza je pretvorba ogljikovih spojin in drugih molekul v organske spojine. V tej biokemični reakciji je metan ali anorganska spojina, kot sta vodikov sulfid ali vodikov plin oksidira delovati kot vir energije. V nasprotju s tem je vir energije za fotosinteza (niz reakcij, s pomočjo katerih se ogljikov dioksid in voda pretvorita v glukozo in kisik) za energijo uporablja energijo iz sončne svetlobe.

Idejo, da bi mikroorganizmi lahko živeli na anorganskih spojinah, je predlagal Sergej Nikolajevič Vinogradnsii (Winogradsky) leta 1890, ki temelji na raziskavah na bakterijah, ki so živele iz dušika, železa ali žveplo. Hipoteza je bila potrjena leta 1977, ko je globokomorski potopni Alvin opazoval črvke in druge življenjske okoliščine hidrotermalni zračniki na razcepu Galapagos. Harvardski študent Colleen Cavanaugh je predlagal in pozneje potrdil, da so cevi črvi preživeli zaradi svoje povezanosti s kemosintetskimi bakterijami. Uradno odkritje kemosinteze je zaslužno za Cavanaugh.

Organizmi, ki pridobivajo energijo z oksidacijo darovalcev elektronov, se imenujejo hemotrofi. Če so molekule organske, se organizmi imenujejo hemoorganotrofi. Če so molekule anorganske, so organizmi izrazi hemolitotrofi. Nasprotno pa organizme, ki uporabljajo sončno energijo, imenujemo fototrofi.

Kemoavtrotrofi pridobivajo svojo energijo iz kemičnih reakcij in sintetizirajo organske spojine iz ogljikovega dioksida. Vir energije za kemosintezo je lahko osnovno žveplo, vodikov sulfid, molekularni vodik, amoniak, mangan ali železo. Primeri kemoavtrotrofov vključujejo bakterije in metanogene arheje, ki živijo v globokovodnih odprtinah. Besedo "hemosinteza" je prvotno skoval Wilhelm Pfeffer leta 1897, da bi opisal proizvodnjo energije z oksidacijo anorganskih molekul s pomočjo avtotrofov (hemolithoautotrophy). V sodobni definiciji s kemosintezo opisujemo tudi proizvodnjo energije s pomočjo kemoorganoavtrotrofije.

Kemoheterotrofi ne morejo določiti ogljika, da bi tvorili organske spojine. Namesto tega lahko uporabljajo anorganske vire energije, kot so žveplo (hemolithoheterotrophs) ali organskih virov energije, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati in lipidi (kemoorganoheterotrofi).

Kemosinteza je bila odkrita v hidrotermalnih odprtinah, izoliranih jamah, metanskih klathratih, padcih kitov in hladnih poteh. Domnevamo, da lahko postopek dovoli življenje pod površjem Marsa in Jupitrove lune Europa. kot tudi druge kraje osončja. Kemosinteza se lahko pojavi v prisotnosti kisika, vendar ni potrebna.

Nekateri večji organizmi se poleg bakterij in arhej zanašajo tudi na kemosintezo. Dober primer je velikanski cevni črv, ki ga najdemo v velikem številu, ki obdaja globoke hidrotermalne odprtine. Vsak črv hrani hemosintetske bakterije v organu, imenovanem trofosom. Bakterije oksidirajo žveplo iz okolja črvov, da ustvarijo prehrano, ki jo žival potrebuje. Če uporabimo vodikov sulfid kot vir energije, je reakcija za kemosintezo:

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

To je podobno kot reakcija na nastajanje ogljikovih hidratov s pomočjo fotosinteze, razen fotosinteza sprošča kisik, medtem ko kemosinteza daje trdno žveplo. Zrnca rumenega žvepla so vidna v citoplazmi bakterij, ki izvajajo reakcijo.

Drug primer kemosinteze je bil odkrit leta 2013, ko so našli bakterije, ki živijo v bazaltu pod sedimentom oceanskega dna. Te bakterije niso bile povezane s hidrotermalnim odzračevanjem. Predlagano je, da bakterije uporabljajo vodo za redukcijo mineralov v morski vodi, ki kopa kamnino. Bakterije bi lahko reagirale na vodik in ogljikov dioksid, da proizvajajo metan.

Medtem ko se izraz "hemosinteza" najpogosteje uporablja za biološke sisteme, ga lahko na splošno uporabimo za opis kakršne koli oblike kemijske sinteze, ki jo povzroči naključno toplotno gibanje reaktanti. V nasprotju s tem se mehanska manipulacija molekul za nadzor njihove reakcije imenuje "mehanosinteza". Tako kemosinteza kot mehanosinteza lahko tvorita kompleksne spojine, vključno z novimi molekulami in organskimi molekulami.

• Campbell, Neil A. in sod. Biologija. 8. izd., Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. in Ann P. Les. “Kemolitotrofni prokarioti.” Prokarioti, uredil Martin Dworkin in sod., 2006, str. 441-456.
• Schlegel, H. G. "Mehanizmi kemo-avtotrofije." Morska ekologija: celovita, celostna razprava o življenju v oceanih in obalnih vodah, uredil Otto Kinne, Wiley, 1975, str. 9-60.
• Somero, Gn "Simbiotsko izkoriščanje vodikovega sulfida.” Fiziologija, vol. 2, št. 1, 1987, str. 3-6.