Definice a příklady chemosyntézy

Chemosyntéza je přeměna uhlíkových sloučenin a dalších molekul na organické sloučeniny. V této biochemické reakci je metan nebo anorganická sloučenina, jako je sirovodík nebo plynný vodík oxidovaný působit jako zdroj energie. Naproti tomu zdroj energie pro fotosyntéza (soubor reakcí, kterými se oxid uhličitý a voda přeměňují na glukózu a kyslík) využívá energii ze slunečního světla k napájení procesu.

Myšlenka, že mikroorganismy mohou žít na anorganických sloučeninách, byla navržena Sergejem Nikolaevičem Vinogradnsimim (Winogradsky) v roce 1890, na základě výzkumu prováděného na bakteriích, které vypadaly, že žijí z dusíku, železa nebo síra. Hypotéza byla potvrzena v roce 1977, kdy hluboký mořský ponor Alvin pozoroval červy trubek a další okolní životy hydrotermální průduchy na Galapagos Rift. Harvardský student Colleen Cavanaugh navrhl a později potvrdil, že trubkoví červi přežili kvůli jejich vztahu s chemosyntetickými bakteriemi. Oficiální objev chemosyntézy je připisován Cavanaughovi.

Organismy, které získávají energii oxidací dárců elektronů, se nazývají chemotrofy. Pokud jsou molekuly organické, organismy se nazývají chemoorganotrofy. Pokud jsou molekuly anorganické, jsou organismy termíny chemolithotrofy. Oproti tomu se organismy, které používají sluneční energii, nazývají fototrofy.

Chemoautotrofy získávají svou energii chemickými reakcemi a syntetizují organické sloučeniny z oxidu uhličitého. Zdrojem energie pro chemosyntézu může být elementární síra, sirovodík, molekulární vodík, amoniak, mangan nebo železo. Příklady chemoautotrofů zahrnují bakterie a methanogenní archaea žijící v hlubokých mořských průduchech. Slovo “chemosynthesis” byl původně vytvořen Wilhelm Pfeffer v 1897 popisovat výrobu energie oxidací anorganických molekul autotrophs (chemolithoautotrophy). Podle moderní definice chemosyntéza také popisuje produkci energie prostřednictvím chemoorganoautotropie.

Chemoheterotrofy nemohou fixovat uhlík za vzniku organických sloučenin. Místo toho mohou použít anorganické zdroje energie, jako je síra (chemolithoheterotrophs) nebo zdroje organické energie, jako jsou proteiny, uhlohydráty a lipidy (chemoorganoheterotrophs).

Chemosyntéza byla detekována v hydrotermálních průduchech, izolovaných jeskyních, metanových klatrátech, vodopády a studených prosakech. Bylo předpokládáno, že tento proces může umožnit život pod povrchem Marsu a Jupiterova měsíce Europa. stejně jako další místa ve sluneční soustavě. Chemosyntéza se může vyskytovat v přítomnosti kyslíku, není to však nutné.

Kromě bakterií a archaea se některé větší organismy spoléhají na chemosyntézu. Dobrým příkladem je obří trubkový červ, který se nachází ve velkém počtu obklopujících hluboké hydrotermální průduchy. Každý červ obsahuje chemosyntetické bakterie v orgánu zvaném trofosom. Bakterie oxidují síru z prostředí červa a vytvářejí tak výživu, kterou zvíře potřebuje. Při použití sírovodíku jako zdroje energie je reakce na chemosyntézu:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂Ó₆ + 6 H₂O + 12 S

To je podobně jako reakce na produkci uhlohydrátů fotosyntézou fotosyntéza uvolňuje plynný kyslík, zatímco chemosyntéza poskytuje pevnou síru. Žluté granule síry jsou viditelné v cytoplazmě bakterií, které provádějí reakci.

Další příklad chemosyntézy byl objeven v roce 2013, kdy byly nalezeny bakterie žijící v čediči pod sedimentem oceánského dna. Tyto bakterie nebyly spojeny s hydrotermálním průduchem. Bylo navrženo, aby bakterie používaly vodík ze snižování minerálů v mořské vodě při koupání skály. Bakterie by mohly reagovat vodík a oxid uhličitý za vzniku metanu.

Zatímco termín „chemosyntéza“ je nejčastěji aplikován na biologické systémy, lze jej obecněji použít k popisu jakékoli formy chemické syntézy vyvolané náhodným tepelným pohybem reaktanty. Naproti tomu mechanická manipulace s molekulami k řízení jejich reakce se nazývá „mechanosyntéza“. Chemosyntéza i mechanosyntéza mají potenciál konstruovat komplexní sloučeniny, včetně nových molekul a organických molekul.

• Campbell, Neil A., et al. Biologie. 8. vydání, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. a Ann P. Dřevo. “Chemolithotrophic Prokaryotes.” Prokaryoty, editoval Martin Dworkin, et al., 2006, s. 441-456.
• Schlegel, H.G. „Mechanismy chemoterapie“. Mořská ekologie: komplexní a integrované pojednání o životě v oceánech a pobřežních vodách, editoval Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn. „Symbiotické využívání sirovodíku.” Fyziologie, sv. 2, ne. 1, 1987, str. 3-6.