Hogyan rendeződnek és zajlanak a különféle anyagokat kemoszintetizáló baktériumok életfolyamatai? E kérdések megválaszolásához számos biológiai fogalmat meg kell értened.
A baktériumok jellemző tulajdonságai
Először is nézzük meg, kik a baktériumok. Ez a vadon élő állatok egész birodalma. Ezek mikroszkopikus méretű egysejtű szervezetek, amelyekben nincs mag. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a baktériumok általában nem rendelkeznek olyan struktúrákkal, amelyek felelősek az örökletes információk továbbításáért. Csak primitívebb a szervezete. Ezek körkörös DNS-molekulák, amelyek a citoplazma egy meghatározott részében, az úgynevezett nukleoidban koncentrálódnak.
Az autotróf táplálkozás lényege
A kemoszintetikus baktériumok, amelyek példáit cikkünkben tárgyaljuk, egymástól függetlenül termelnek szerves anyagokat. Autotrófok, akár a növények. Utóbbiak azonban a napfény energiáját használják fel erre. A kloroplasztiszok zöld plasztidjainak jelenléte lehetővé teszi számukra a fotoszintézis folyamatának végrehajtását. Lényege a glükóz szénhidrát képződésében rejlikszervetlen anyagok - víz és szén-dioxid. Ennek a kémiai reakciónak egy másik terméke az oxigén. A baktériumok is autotrófok. De nincs szükségük napfényre, hogy energiát szerezzenek. Más folyamatot hajtanak végre – a kemoszintézist.
Mi a kemoszintézis
A kemoszintézis szerves anyagok képződésének folyamata redox reakciók fellépése következtében. A természetben csak prokarióták végzik. A kemoszintetikus baktériumok kén-, nitrogén- és vasvegyületeket használhatnak szerves anyagok szintetizálására. Ez energiát szabadít fel, amely először az ATP-kötésekben halmozódik fel, majd a baktériumsejtek felhasználhatják.
Kemoszintetikus baktériumok: élőhely
Mivel a kemotrófok élete nem függ a napfény jelenlététől, elterjedési területük meglehetősen széles. Például a kénbaktériumok nagy mélységben élhetnek, és néha az élőlények egyedüli képviselői. E prokarióták élőhelye leggyakrabban a talaj, a szennyvíz és bizonyos kémiai vegyületekben gazdag szubsztrátumok.
Vasbaktériumok
A kemoszintetikus baktériumok közé tartoznak a prokarióták, amelyek megváltoztatják a vasvegyületek összetételét. Szergej Nyikolajevics Vinogradszkij kiváló orosz mikrobiológus fedezte fel 1950-ben. Az ilyen típusú baktériumok az oxidációs reakció során megváltoztatják a vas oxidációs állapotát, így háromértékűvé teszik. Édes és sós vizekben élnek. A természetben ezek hajtják végre a vas körforgásáta természetben, az iparban pedig tiszta réz előállítására használják. Ez a fajta baktérium a litoautotrófokhoz is tartozik, amelyek képesek sejtjeik egyes elemeit szénsavból szintetizálni.
Kénbaktériumok
A baktériumok, amelyek kénvegyületekből kemoszintetizáló anyagok, külön-külön is létezhetnek a víztestek fenekén, vagy szimbiózist alkothatnak puhatestűekkel és tengeri gerinctelenekkel. Az oxidáció forrásaként hidrogén-szulfidot, szulfidokat, tionsavakat vagy molekuláris ként használnak. Ez a fajta baktérium volt a fő cél a kemoszintézis folyamatának felfedezésében és tanulmányozásában. A prokarióták ebbe a csoportjába néhány fototróf prokarióta is tartozik. Például lila vagy zöld kénbaktériumok.
Nitrifikáló baktériumok
A nitrifikáló baktériumok megtelepednek a hüvelyes növények gyökerén. Az ebbe a csoportba tartozó kemoszintetikus prokarióták az ammóniát salétromsavvá oxidálják. Ez a reakció több lépésben megy végbe, közbenső anyagok képződésével. A talajban nitrogénmegkötő baktériumok is találhatók. Hüvelyes növények gyökerein élnek. A föld alatti szerv szöveteibe behatolva jellegzetes megvastagodásokat képeznek. Az ilyen képződményeken belül kedvező környezet jön létre a kemoszintézis áramlásához. A növények gócbaktériumokkal való szimbiózisa kölcsönösen előnyös. Az elsők a prokarióták számára a fotoszintézis során nyert szerves anyagokat biztosítják. A baktériumok ezzel szemben képesek megkötni a légköri nitrogént és átalakítani azt a számára hozzáférhető formává.növények.
Miért olyan fontos ez a folyamat? Valójában a légkörben a nitrogén koncentrációja meglehetősen magas, és eléri a 78%-ot. De ebben a formában a növények nem tudják felszívni ezt az anyagot. A növényeknek nitrogénre van szükségük a gyökérfejlődéshez. Ebben a helyzetben a göbbaktériumok segítenek, amelyek nitrát és ammónium formává alakítják.
Tion baktérium
A tion prokarióták szintén kemoszintetikus baktériumok. Energiaforrásuk különféle kénvegyületek. Az ilyen típusú baktériumok kénsavvá redukálják őket. Ezt a reakciót a közeg pH-értékének jelentős csökkenése kíséri. A tionos baktériumok az acidofilek csoportjába tartoznak. Ide tartoznak azok az organizmusok, amelyek túlélnek magas savasságú körülmények között. Az ilyen körülmények jellemzőek a mocsarakra. Ezt a csoportot a tiánfélékkel együtt tej- és ecetsavbaktériumok, flagellátumok és rotiferák alkotják.
Hidrogén baktériumok
Az ilyen típusú prokarióták a talajlakók. A molekuláris hidrogént vízzé oxidálják energia felszabadításával. Az ilyen baktériumok szintén a termofilek csoportjába tartoznak. Ez azt jelenti, hogy képesek túlélni a magas hőmérsékletet, amely elérheti az 50 Celsius-fokot. A hidrogénbaktériumok ezen képessége annak köszönhető, hogy speciális enzimeket választanak ki, amelyek még ilyen körülmények között is működnek.
Szerepkemoszintetikus baktériumok
A kemotrófok nagy szerepet játszanak a megfelelő vegyi anyagok természetben történő átalakulásának és keringésének összetett folyamataiban. Mivel a hidrogén-szulfid és az ammónia meglehetősen mérgező anyagok, szükség van ezek semlegesítésére. Ezt a kemotróf baktériumok is végrehajtják. A kémiai átalakulások során más élőlények számára szükséges anyagok keletkeznek, amelyek lehetővé teszik normális növekedésüket, fejlődésüket. A tengerek és a mocsarak fenekén nagy vas- és mangánérc-lerakódások keletkeznek a kemotrófok tevékenysége miatt. Nevezetesen a vasbaktériumok.
Az ember megtanulta felhasználni a kemotrófok egyedi tulajdonságait tevékenységei során. Például a kénbaktériumok segítségével megtisztítják a szennyvizet a kénhidrogéntől, megvédik a fém- és betoncsöveket a korróziótól, a talajokat pedig a savasodástól.
A kemoszintetikus baktériumok tehát speciális prokarióták, amelyek anaerob körülmények között is képesek megfelelő kémiai reakciókat végrehajtani. Ezek a szervezetek oxidálják az anyagokat. Az ilyenkor felszabaduló energiát először ATP kötésekben tárolják, majd életfolyamatok végrehajtására használják fel. Legfontosabbak a vas-, kén- és nitrogénmegkötő baktériumok. Vízben és talajban egyaránt élnek. A kemotrófok az anyagok körforgásának nélkülözhetetlen láncszemei, ellátják az élő szervezeteket a szükséges anyagokkal, és az emberek széles körben használják őket gazdasági és ipari tevékenységeik során.
