Kemosyntesedefinition og eksempler

Kemosyntese er omdannelsen af ​​carbonforbindelser og andre molekyler til organiske forbindelser. I denne biokemiske reaktion er methan eller en uorganisk forbindelse, såsom hydrogensulfid eller hydrogengas oxideret at fungere som energikilden. I modsætning hertil energikilden til fotosyntese (sæt reaktioner, gennem hvilket kuldioxid og vand omdannes til glukose og ilt) bruger energi fra sollys til at drive processen.

Ideen om, at mikroorganismer kunne leve af uorganiske forbindelser, blev foreslået af Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) i 1890, baseret på forskning udført på bakterier, der syntes at leve af nitrogen, jern eller svovl. Hypotesen blev valideret i 1977, da Alvin i dybhavet observerede rørorme og andet liv omkring det hydrotermiske åbninger ved Galapagos-riften. Harvard-studerende Colleen Cavanaugh foreslog og bekræftede senere, at rørormene overlevede på grund af deres forhold til kemosyntetiske bakterier. Den officielle opdagelse af kemosyntesen krediteres Cavanaugh.

Organismer, der får energi ved oxidation af elektrondonorer kaldes kemotrofer. Hvis molekylerne er organiske, kaldes organismerne kemoorganotrofer. Hvis molekylerne er uorganiske, betegner organismerne kemolitotrofer. I modsætning hertil kaldes organismer, der bruger solenergi, fototrofer.

Chemoautotrophs får deres energi fra kemiske reaktioner og syntetiserer organiske forbindelser fra kuldioxid. Energikilden til kemosyntesen kan være elementært svovl, hydrogensulfid, molekylært brint, ammoniak, mangan eller jern. Eksempler på kemoautotrofer inkluderer bakterier og methanogen archaea, der lever i dybhavsåbninger. Ordet "kemosyntese" blev oprindeligt opfundet af Wilhelm Pfeffer i 1897 for at beskrive energiproduktion ved oxidation af uorganiske molekyler ved hjælp af autotrofer (kemolithoautotrofi). Under den moderne definition beskriver kemosyntesen også energiproduktion via kemoorganoautotrofi.

Chemoheterotrofer kan ikke fikse kulstof til dannelse af organiske forbindelser. I stedet kan de bruge uorganiske energikilder, f.eks svovl (kemolithoheterotrofer) eller organiske energikilder, såsom proteiner, kulhydrater og lipider (kemoorganoheterotrofer).

Kemosyntese er blevet påvist i hydrotermiske ventilationsåbninger, isolerede huler, methanklathrater, hvalfald og kolde siver. Det er blevet antaget, at processen muliggør liv under overfladen af ​​Mars og Jupiters måne Europa. såvel som andre steder i solsystemet. Kemosyntese kan forekomme i tilstedeværelsen af ​​ilt, men det er ikke påkrævet.

Ud over bakterier og archaea er nogle større organismer afhængige af kemosyntesen. Et godt eksempel er den gigantiske rørorm, som findes i stort antal omkring dybe hydrotermiske åbninger. Hver orm huser kemosyntetiske bakterier i et organ kaldet et trofosom. Bakterierne oxiderer svovl fra ormens miljø for at producere den næring, som dyret har brug for. Brug af hydrogensulfid som energikilde er reaktionen på kemosyntesen:

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

Dette er meget som reaktionen på at producere kulhydrat via fotosyntesen, undtagen fotosyntese frigiver iltgas, mens kemosyntesen giver fast svovl. De gule svovlgranulater er synlige i cytoplasmaet af bakterier, der udfører reaktionen.

Et andet eksempel på kemosyntesen blev opdaget i 2013, da bakterier blev fundet levende i basalt under havbunden. Disse bakterier var ikke forbundet med en hydrotermisk udluftning. Det er blevet foreslået, at bakterierne bruger brint fra reduktion af mineraler i havvand, der bader klippen. Bakterierne kunne reagere brint og kuldioxid til at producere methan.

Mens udtrykket "kemosynthese" oftest anvendes til biologiske systemer, kan det bruges mere generelt til at beskrive enhver form for kemisk syntese, der er forårsaget ved tilfældig termisk bevægelse af reaktanter. I modsætning hertil kaldes mekanisk manipulation af molekyler for at kontrollere deres reaktion "mekanosyntesen". Både kemosyntesen og mekanosyntesen har potentialet til at konstruere komplekse forbindelser, herunder nye molekyler og organiske molekyler.

• Campbell, Neil A., et al. Biologi. 8. udgave, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. og Ann P. Træ. “De kemolithotrofiske prokaryoter.” Prokaryoterne, redigeret af Martin Dworkin, et al., 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H.G. "Mechanismen ved kemo-autotrofi." Marine økologi: en omfattende, integreret afhandling om livet i hav og kystvand, redigeret af Otto Kinne, Wiley, 1975, s. 9-60.
• Somero, Gn. ”Symbiotisk udnyttelse af hydrogensulfid.” Fysiologi, vol. 2, nr. 1, 1987, pp. 3-6.