Дефиниција и примери хемосинтезе

Хемосинтеза је конверзија угљених једињења и других молекула у органска једињења. У овој биохемијској реакцији је метан или неорганско једињење, као што је водоник-сулфид или водоник-гас оксидира да делује као извор енергије. Супротно томе, извор енергије за фотосинтеза (скуп реакција помоћу којих се угљендиоксид и вода претварају у глукозу и кисеоник) користе енергију из сунчеве светлости да би се напајао процес.

Идеју да микроорганизми могу живети на неорганским једињењима предложио је Сергеј Николајевич Винограднсии (Виноградски) 1890. године на основу истраживања спроведеног на бактеријама за које се чинило да живе од азота, гвожђа или сумпор. Хипотеза је потврђена 1977. године, када је подморница у дубоком мору Алвин посматрала црвасте глисте и другу животну околину хидротермални отвори на провалију Галапагос. Харвард студент Цоллеен Цаванаугх предложио је и касније потврдио да су црви преживели због своје везе са хемосинтетским бактеријама. Званично откриће хемосинтезе приписује се Цаваноугх-у.

Организми који добијају енергију оксидацијом давалаца електрона називају се хемотрофи. Ако су молекули органски, организми се називају хемоорганотрофи. Ако су молекули неоргански, организми су хемолитотрофи. Супротно томе, организми који користе соларну енергију називају се фототрофи.

Кемоаутотрофи добијају своју енергију из хемијских реакција и синтетизују органска једињења из угљендиоксида. Извор енергије за хемосинтезу може бити елементарни сумпор, водоник сулфид, молекулски водоник, амонијак, манган или гвожђе. Примери хемоаутотрофа укључују бактерије и метаногене археје које живе у дубоким морским отворима. Реч "хемосинтеза" првотно је сковала Вилхелм Пфеффер 1897. године да би описала производњу енергије оксидацијом анорганских молекула аутотрофима (хемолитхоаутотропхи). Према савременој дефиницији, хемосинтеза такође описује производњу енергије хемоорганоаутотрофијом.

Хемохетеротрофи не могу да фиксирају угљеник да би формирали органска једињења. Уместо тога, они могу да користе неорганске изворе енергије, као што су сумпор (хемолитхохетеротрофи) или органски извори енергије, као што су протеини, угљени хидрати и липиди (хемоорганохетеротрофи).

Хемосинтеза је откривена у хидротермалним отворима, изолованим пећинама, метанским клатхратима, падовима китова и хладним напјевима. Претпостављено је да би процес могао дозволити живот испод површине Марса и Јупитеровог месеца Европе. као и друга места Сунчевог система. Кемосинтеза се може јавити у присуству кисеоника, али то није потребно.

Поред бактерија и археја, неки већи организми се ослањају и на хемосинтезу. Добар пример је џиновски цревни црв који се налази у великом броју у околним дубоким хидротермалним отворима. Сваки црв чува хемосинтетске бактерије у органу који се зове трофосом. Бактерије оксидирају сумпор из околине црва како би произвеле храну која је животињи потребна. Користећи водоник сулфид као извор енергије, реакција за хемосинтезу је:

12 Х₂С + 6 ЦО₂ → Ц₆Х₁₂О₆ + 6 Х₂О + 12 С

То је слично реакцији на производњу угљених хидрата путем фотосинтезе, осим фотосинтеза ослобађа гас кисеоника, док хемосинтеза даје чврсти сумпор. Грануле жутог сумпора видљиве су у цитоплазми бактерија које изводе реакцију.

Други пример хемосинтезе откривен је 2013. године када су пронађене бактерије које живе у базалту испод седимента океанског дна. Ове бактерије нису биле повезане са хидротермалним одводом. Сугерисано је да бактерије користе водоник из редукције минерала у морској води која купа стијену. Бактерије би могле реаговати водоником и угљендиоксидом да би произвеле метан.

Иако се израз "хемосинтеза" најчешће примењује у биолошким системима, он се може опћенитије користити за описивање било ког облика хемијске синтезе насталог случајним термичким кретањем реактанти. Супротно томе, механичка манипулација молекула ради контроле њихове реакције назива се "механосинтеза". И хемосинтеза и механосинтеза имају потенцијал стварања сложених једињења, укључујући нове молекуле и органске молекуле.

• Цампбелл, Неил А. и др. Биологија. 8. изд., Пеарсон, 2008.
• Келли, Донован П. и Анн П. Воод. “Хемолитотрофни прокариоти.” Прокариоти, уредили Мартин Дворкин и др., 2006, стр. 441-456.
• Сцхлегел, Х. Г. „Механизми хемо-аутотрофије“. Морска екологија: свеобухватан, интегрисани трактат о животу у океанима и обалним водама, уредио Отто Кинне, Вилеи, 1975, стр. 9-60.
• Сомеро, Гн. „Симбиотска експлоатација водоник-сулфида.” Физиологија, вол. 2, бр. 1, 1987, стр. 3-6.