Definitie si exemple de chemosinteza

Chemosinteza este transformarea compușilor de carbon și a altor molecule în compuși organici. În această reacție biochimică, metanul sau un compus anorganic, cum ar fi hidrogen sulfurat sau hidrogen gaz, este oxidat pentru a acționa ca sursă de energie. În schimb, sursa de energie pentru fotosinteză (setul de reacții prin care dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză și oxigen) utilizează energia de la lumina soarelui pentru a alimenta procesul.

Ideea că microorganismele ar putea trăi pe compuși anorganici a fost propusă de Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) în 1890, pe baza cercetărilor efectuate asupra bacteriilor care păreau să trăiască din azot, fier sau sulf. Ipoteza a fost validată în 1977, când submersibilul Alvin în mare adâncime a observat viermi de tub și alte vieți care înconjoară orificii de aerisire hidrotermale la Râul Galapagos. Studentul de la Harvard, Colleen Cavanaugh, a propus și ulterior a confirmat că viermii cu tub au supraviețuit din cauza relației lor cu bacteriile chimosintetice. Descoperirea oficială a chemosintezei este creditată lui Cavanaugh.

Organismele care obțin energie prin oxidarea donatorilor de electroni se numesc chimiotrofe. Dacă moleculele sunt organice, organismele se numesc chimioorganotrofe. Dacă moleculele sunt anorganice, organismele sunt termeni chimiolitotrofi. În schimb, organismele care utilizează energia solară se numesc fototrofe.

Chemoautotrofe și Chemoheterotrofe

Chemoautotrofele își obțin energia din reacțiile chimice și sintetizează compuși organici din dioxid de carbon. Sursa de energie pentru chemosinteză poate fi sulf elementar, hidrogen sulfurat, hidrogen molecular, amoniac, mangan sau fier. Exemple de chimioautotrofe includ bacteriile și arhaea metanogenă care trăiesc în gurile de evacuare a mării adânci. Cuvântul „chemosinteză” a fost inventat inițial de Wilhelm Pfeffer în 1897 pentru a descrie producția de energie prin oxidarea moleculelor anorganice de către autotrofe (chemolitooautotrofie). Sub definiția modernă, chimiosinteza descrie și producția de energie prin chimioorganoautotrofie.

Chemoheterotrofele nu pot fixa carbonul pentru a forma compuși organici. În schimb, pot utiliza surse de energie anorganice, cum ar fi sulful (chemolitoheterotrofe) sau surse de energie organică, cum ar fi proteine, carbohidrați și lipide (chimioorganoheterotrofe).

Unde are loc Chemosinteza?

Chemosinteza a fost detectată în orificii de aerisire hidrotermale, peșteri izolate, clatrați de metan, căderi de balene și scurgeri reci. S-a estimat că procesul poate permite viața sub suprafața Martei și a lunii Europa a lui Jupiter. precum și în alte locuri din sistemul solar. Chemosinteza poate apărea în prezența oxigenului, dar nu este necesară.

Exemplu de chemosinteză

În plus față de bacterii și arhaea, unele organisme mai mari se bazează pe chimiosinteză. Un exemplu bun este viermele cu tub uriaș, care se găsește în numeroase numere în jurul orificiilor de aerisire profundă. Fiecare vierme găzduiește bacterii chimosintetice într-un organ numit trofosom. Bacteriile oxidează sulful din mediul viermei pentru a produce hrana de care are nevoie animalul. Folosind sulfura de hidrogen ca sursă de energie, reacția pentru chemosinteză este:

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

Aceasta seamănă foarte mult cu reacția de a produce carbohidrați prin fotosinteză, cu excepția fotosintezei eliberează gaz de oxigen, în timp ce chimosinteza produce sulf solid. Granulele de sulf galben sunt vizibile în citoplasma bacteriilor care efectuează reacția.

Un alt exemplu de chemosinteză a fost descoperit în 2013, când au fost găsite bacterii care trăiau în bazalt sub sedimentul fundului oceanului. Aceste bacterii nu au fost asociate cu o aerisire hidrotermică. S-a sugerat că bacteriile folosesc hidrogen din reducerea mineralelor din apa de mare care scaldă roca. Bacteriile ar putea reacționa la hidrogen și dioxid de carbon pentru a produce metan.

Chimiosinteză în nanotehnologie moleculară

În timp ce termenul „chemosinteză” este cel mai adesea aplicat sistemelor biologice, acesta poate fi folosit mai general pentru a descrie orice formă de sinteză chimică provocată de mișcarea termică aleatorie a reactanților. În schimb, manipularea mecanică a moleculelor pentru a controla reacția lor se numește „mecanosinteză”. Atât chemosinteza cât și mecanosinteza au potențialul de a construi compuși complecși, inclusiv noi molecule și molecule organice.

Resurse și lectură ulterioară

• Campbell, Neil A. și colab. Biologie. Ediția a VIII-a, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. și Ann P. Wood. „Procariote chemolitotrofice”. Prokaryotes, editat de Martin Dworkin, colab., 2006, p. 441-456.
• Schlegel, H. G. „Mecanisme de chimio-autotrofie.” Ecologia marină: un tratat cuprinzător și integrat asupra vieții în oceane și în apele de coastă, editat de Otto Kinne, Wiley, 1975, p. 9-60.
• Somero, Gn. „Exploatarea Simbiotică a Sulfurii de Hidrogen.” Fiziologie, vol. 2, nr. 1, 1987, p. 3-6.