CHEMOSYNTHESIS: MGA PHASE, ORGANISMO, PAGKAKAIBA SA FOTOSINTESIS - BIOLOGY - 2025

Ang chemosynthesis ay isang katangian ng ilang biological na proseso ng autotrophic na organismo na sinasamantala ang enerhiya ng kemikal upang mai-convert ang mga organikong sangkap sa organikong bagay. Ito ay naiiba sa fotosintesis na ang huli ay gumagamit ng enerhiya mula sa sikat ng araw.

Ang mga organismo na may kakayahang chemosynthesis ay pangkalahatang prokaryote tulad ng bakterya at iba pang mga microorganism tulad ng archaea, na kumukuha ng enerhiya mula sa mga reaksyon na nagsasangkot sa oksihenasyon ng napakaliit na mga compound.

Kuha ng Riftia pachyptila, isang chemosynthetic organism (Pinagmulan: NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011 sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang pinakakaraniwang halimbawa ng mga bakterya na chemosynthetic ay ang nitrifying bacteria, na nag-oxidize ng ammonia upang makagawa ng nitrogen dioxide, pati na rin ang asupre na asupre, na may kakayahang mag-oxidizing sulfuric acid, asupre, at iba pang mga asupre na compound.

Pinagmulan ng konsepto

Ang microbiologist na si Sergei Winogradsky, noong 1890, ay ang unang siyentipiko na nagsasalita tungkol sa posibleng pagkakaroon ng mga proseso ng chemosynthetic, dahil ipinapalagay niya na dapat mayroong isang proseso na katulad ng fotosintesis na gumagamit ng isang mapagkukunan ng enerhiya maliban sa sikat ng araw.

Gayunpaman, ang salitang "chemosynthesis" ay pinahusay noong 1897 ni Pfeffer. Ang mga teoryang Winogradsky ay napatunayan noong 1977 sa panahon ng ekspedisyon na isinagawa ng submarino na "Alvin" sa malalim na tubig sa karagatan, sa paligid ng Galapagos Islands.

Sa panahon ng ekspedisyon na ito, natuklasan ng mga siyentipiko ang submarino na natuklasan ang ilang mga ekosistema ng bakterya na sumailalim sa pagkakaroon ng hindi bagay na bagay at ang iba pa sa symbiosis na may ilang mga invertebrate na hayop sa dagat.

Sa kasalukuyan, ang iba't ibang mga ecosystem ng chemosynthetic ay kilala sa buong mundo, lalo na nauugnay sa mga kapaligiran sa dagat at karagatan at, sa isang mas mababang sukat, na may terrestrial ecosystem. Sa mga kapaligiran na ito, ang chemosynthetic microorganism ay kumakatawan sa mahahalagang pangunahing tagagawa ng organikong bagay.

Mga phase

Ang Chemosynthesis halos palaging nangyayari sa interface ng aerobic at anaerobic na kapaligiran, kung saan ang mga dulo ng mga produkto ng anaerobic decomposition at malaking halaga ng oxygen ay puro.

Tulad ng fotosintesis, ang chemosynthesis ay may mahusay na tinukoy na mga phase: isang oxidative at isang biosynthetic. Ang unang gumagamit ng mga tulagay na compound at sa panahon ng pangalawang organikong bagay ay ginawa.

Phase ng Oxidative

Sa unang yugto na ito at depende sa uri ng organismo na isinasaalang-alang, ang iba't ibang uri ng mga nabawasan na mga organikong compound ay na-oxidized, tulad ng ammonia, asupre at mga derivatives, iron, ilang derivatives ng nitrogen, hydrogen, atbp.

Sa yugtong ito, ang oksihenasyon ng mga compound na ito ay naglalabas ng enerhiya na ginagamit para sa phosphorylation ng ADP, na bumubuo ng ATP, isa sa pangunahing mga pera ng enerhiya ng mga nabubuhay na tao at, bilang karagdagan, ang pagbawas ng kapangyarihan ay nabuo sa anyo ng mga molekula ng NADH.

Ang isang katiyakan ng proseso ng chemosynthetic ay may kinalaman sa kung aling bahagi ng ATP na nabuo ay ginagamit upang maitulak ang reverse transport ng chain ng elektron, upang makakuha ng higit na dami ng pagbabawas ng mga ahente sa anyo ng NADH.

Sa buod, ang yugtong ito ay binubuo ng pagbuo ng ATP mula sa oksihenasyon ng naaangkop na mga donor na elektron, na ang kapaki-pakinabang na enerhiya na biologically ay ginagamit sa yugto ng biosynthesis.

Biosintesis na yugto

Ang biosynthesis ng organikong bagay (carbon compound) ay nangyayari salamat sa paggamit ng enerhiya na nilalaman sa mga bono ng mataas na enerhiya ng ATP at ang pagbawas ng kapangyarihan na nakaimbak sa mga molekula ng NADH.

Ang pangalawang yugto ng chemosynthesis ay "homologous" sa nangyayari sa panahon ng fotosintesis, dahil ang pag-aayos ng mga carbon atoms sa mga organikong molecule ay nangyayari.

Sa loob nito, ang carbon dioxide (CO2) ay naayos sa anyo ng mga organikong carbons, habang ang ATP ay na-convert sa ADP at hindi organikong pospeyt.

Chemosynthetic organismo

Mayroong iba't ibang mga uri ng chemosynthetic microorganism, ang ilan ay opsyonal at ang iba ay sapilitan. Nangangahulugan ito na ang ilan ay nakasalalay lamang sa chemosynthesis upang makakuha ng enerhiya at organikong bagay, at ang iba ay gawin ito kung kundisyon sila ng kapaligiran.

Ang mga Chemosynthetic microorganism ay hindi naiiba sa iba pang mga microorganism, dahil nakakakuha din sila ng enerhiya mula sa mga proseso ng transportasyon ng elektron kung saan ang mga molekula tulad ng mga lasa, quinones at cytochromes ay kasangkot.

Mula sa enerhiya na ito, nagagawa nilang synthesize ang mga bahagi ng cellular mula sa mga asukal na na-synthesize sa loob salamat sa reductive assimilation ng carbon dioxide.

Isinasaalang-alang ng ilang mga may-akda na ang mga organosyong chemosynthetic ay maaaring nahahati sa chemo-organoautotrophs at chemo-lithoautotrophs, ayon sa uri ng tambalang mula kung saan kinukuha nila ang enerhiya, na maaaring maging organik o hindi anunsyo, ayon sa pagkakabanggit.

Tulad ng pag-aalala ng mga prokaryote, ang karamihan sa mga organosyong chemosynthetic ay mga bakterya na negatibo ng gramo, kadalasan ng genus na Pseudomonas at iba pang nauugnay. Kabilang dito ang:

- Nitrifying bacteria.

- Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing asupre at asupre compound (Sulfur Bacteria).

- Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing hydrogen (Hydrogen Bacteria).

- Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing iron (Iron Bacteria).

Ang mga Chemosynthetic microorganism ay gumagamit ng isang uri ng enerhiya na mawawala sa sistema ng biosephos. Ang mga ito ay bumubuo ng isang malaking bahagi ng biodiversity at density ng populasyon ng maraming mga ekosistema kung saan ang pagpapakilala ng organikong bagay ay limitado.

Ang kanilang pag-uuri ay may kinalaman sa mga compound na may kakayahang magamit bilang mga donor na elektron.

Nitrifying bacteria

Natuklasan sila noong 1890 ni Winogradsky at ang ilan sa genera na inilarawan hanggang ngayon form ng mga pinagsama-sama na napapalibutan ng parehong lamad. Karaniwan silang nakahiwalay sa mga panlibutang kapaligiran.

Ang pagsasama ay nagsasangkot sa oksihenasyon ng ammonium (NH4) sa mga nitrites (NO2-) at ng mga nitrites (NO2-) sa nitrates (NO3-). Ang dalawang pangkat ng bakterya na nakikilahok sa prosesong ito ay madalas na magkakasamang magkasama sa parehong tirahan upang samantalahin ang parehong uri ng mga compound na gumagamit ng CO2 bilang isang mapagkukunan ng carbon.

Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing asupre at asupre compound

Ang mga ito ay bakterya na may kakayahang mag-oxidizing ng mga organikong asupre na compound at naglalagay ng asupre sa loob ng cell sa mga tiyak na compartment. Sa loob ng pangkat na ito ay naiuri ang ilang filamentous at non-filamentous bacteria na iba't ibang genera ng facultative at obligate bacteria.

Ang mga organismo na ito ay may kakayahang gumamit ng mga asupre na compound na lubos na nakakalason sa karamihan ng mga organismo.

Ang tambalang karaniwang ginagamit ng ganitong uri ng bakterya ay ang H2S gas (sulpuriko acid). Gayunpaman, maaari rin silang gumamit ng elemental na asupre, thiosulfates, polythionates, metal sulfides, at iba pang mga molekula bilang mga donor na elektron.

Ang ilan sa mga bakterya na ito ay nangangailangan ng acid pH na lumago, na ang dahilan kung bakit sila ay kilala bilang acidophilic bacteria, habang ang iba ay maaaring gawin ito sa neutral na pH, mas malapit sa "normal".

Marami sa mga bakterya na ito ay maaaring bumubuo ng "mga kama" o mga biofilms sa iba't ibang uri ng mga kapaligiran, ngunit lalo na sa mga drains ng industriya ng pagmimina, sa mapang-akit na mainit na bukal at sa mga pang-agham na sediment.

Karaniwan silang tinatawag na walang kulay na bakterya, dahil naiiba sila sa iba pang berde at lila na bakterya na photoautotrophic na wala silang mga pigment ng anumang uri, at hindi nila kailangan ang sikat ng araw.

Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing hydrogen

Sa pangkat na ito ay natagpuan ang bakterya na may kakayahang lumaki sa mineral media na may mga atmospheres na mayaman sa hydrogen at oxygen at na ang tanging mapagkukunan ng carbon ay carbon dioxide.

Ang parehong gramo na negatibo at gramo na positibong bakterya ay matatagpuan dito, na may kakayahang lumaki sa mga kondisyon ng heterotrophic at kung saan maaaring magkaroon ng iba't ibang uri ng metabolismo.

Ang hydrogen ay nag-iipon mula sa anaerobic breakdown ng mga organikong molekula, na nakamit ng iba't ibang mga bakterya ng pagbuburo. Ang elementong ito ay isang mahalagang mapagkukunan ng bakterya at chemosynthetic archaea.

Ang mga mikroorganismo na may kakayahang gamitin ito bilang isang donor na elektron ay ginagawa ito salamat sa pagkakaroon ng isang hydrogenase enzyme na nauugnay sa kanilang mga lamad, pati na rin ang pagkakaroon ng oxygen bilang isang elektronikong tumatanggap.

Ang bakterya na may kakayahang mag-oxidizing iron at manganese

Ang pangkat na ito ng bakterya ay may kakayahang magamit ang enerhiya na nabuo mula sa oksihenasyon ng mangganeso o bakal sa ferrous state nito sa estado ng ferric. Kasama rin dito ang mga bakterya na may kakayahang lumaki sa pagkakaroon ng thiosulfates bilang mga donor na hydrogen donor.

Mula sa isang ekolohiya na pananaw, ang iron at magnesium oxidizing bacteria ay mahalaga para sa detoxification ng kapaligiran, dahil binabawasan nila ang konsentrasyon ng natunaw na mga nakakalason na metal.

Symbiotic na mga organismo

Bilang karagdagan sa bakterya na walang buhay, mayroong ilang mga invertebrate na hayop na naninirahan sa mga hindi nakakaaliw na kapaligiran at nakikipag-ugnay sa ilang mga uri ng chemosynthetic bacteria na mabuhay.

Ang pagkatuklas ng mga unang mga simbolo ay naganap pagkatapos ng pag-aaral ng isang higanteng tubo ng tubo, si Riftia pachyptila, kulang ng isang digestive tube at nakakakuha ng mahalagang enerhiya mula sa mga reaksyon na isinagawa ng bakterya na kung saan ito ay nauugnay.

Mga pagkakaiba sa fotosintesis

Ang pinaka-natatanging katangian ng mga chemosynthetic organism ay pagsasama-sama nila ang kakayahang gumamit ng mga inorganic compound upang makakuha ng enerhiya at pagbabawas ng kapangyarihan, pati na rin upang epektibong magbigkis ng mga carbon dioxide molekula. Isang bagay na maaaring mangyari sa kabuuang kawalan ng sikat ng araw.

Ang photosynthesis ay isinasagawa ng mga halaman, algae, at sa pamamagitan ng ilang uri ng bakterya at protozoa. Gumagamit ito ng enerhiya mula sa sikat ng araw upang himukin ang pagbabagong-anyo ng carbon dioxide at tubig (photolysis) sa oxygen at karbohidrat, sa pamamagitan ng paggawa ng ATP at NADH.

Sa kabilang banda, ang Chemosynthesis, ay sinasamantala ang enerhiya ng kemikal na inilabas mula sa mga reaksyon ng pagbabawas ng oksihenasyon upang ayusin ang mga molekulang carbon dioxide at gumawa ng mga asukal at tubig salamat sa pagkuha ng enerhiya sa anyo ng ATP at pagbabawas ng kapangyarihan.

Sa chemosynthesis, hindi tulad ng fotosintesis, walang mga pigment na kasangkot at ang oxygen ay hindi ginawa bilang isang by-product.

Mga Sanggunian

1. Dubilier, N., Bergin, C., & Lott, C. (2008). Symbiotic pagkakaiba-iba sa mga hayop sa dagat: Ang sining ng pag-harness chemosynthesis. Mga Review ng Kalikasan Mikrobiolohiya, 6 (10), 725-77.
2. Engel, AS (2012). Chemoautotrophy. Encyclopedia of Caves, (1997), 125–134.
3. Enger, E., Ross, F., & Bailey, D. (2009). Mga Konsepto sa Biology (ika-13 ed.). McGraw-Hill.
4. Kinne, O. (1975). Marine Ecology. (O. Kinne, Ed.), Comput. Aliwin. (Ika-2 ed., Tomo II). John Wiley at Mga Anak. https://doi.org/10.1145/973801.973803
5. Lees, H. (1962). IV. Ang ilang mga saloobin sa Energetics ng Chemosynthesis. Symposium sa autotrophy.
6. Pace, M., & Lovett, G. (2013). Pangunahing produksiyon: Ang Foundation ng Ecosystem. Sa Mga Batayan ng Ekosistema Science (pp. 27-51). Elsevier Inc.