Что такое хемосинтез и каково его значение в биосфере - Клетка - структурная и функциональная единица жизни - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза источником энергии для синтеза сложных органических веществ из простых неорганических здесь служит не свет, а энергия окисления некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, соединений железа и марганца. Открытие бактериального хемосинтеза принадлежит известному русскому ученому С. Н. Виноградскому.

Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак, образующийся при гниении органических остатков до нитрита, а затем до нитрата:

2NH₃ + 3О₂ = 2HN0₂+ 2Н₂О + 663 кДж,

2HNО₂+ О₂ = 2HN0₃+ 142 кДж.

Этот процесс сопровождается выделением энергии. Образующаяся азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.

Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу:

2H₂S + О₂ = 2Н₂О + 2S + 272 кДж.

При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее экзотермическое окисление накопившейся в них серы до серной кислоты:

2S + 3О₂ + 2Н₂О = 2H₂SO + 636 кДж.

Железобактерии переводят двухвалентное железо в трехвалентное:

4FeCО₃+ О₂ + 6Н₂О = 4Fe(OH)₃+ 4СО₂ + 324 кДж.

Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакцию окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода — диоксид углерода. Реакция окисления протекает по схеме:

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О + 235 кДж.

Энергия, которая выделяется при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С0₂ до органических веществ.

Экологическая роль хемосинтеза. Хемотрофные нитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. Они встречаются как в почве, так и в разных водоемах. Осуществляемые ими процессы могут происходить в весьма крупных масштабах и имеют существенное значение в круговороте азота в биосфере.

Серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты, являются причиной порчи каменных и металлических сооружений, выщелачивания руд и серных месторождений. Многие виды серобактерий, окисляя до сульфатов различные соединения серы, играют большую роль в процессах очищения промышленных сточных вод. При деятельности некоторых железобактерий образуется Fe(OH)₃, скопления которого образуют болотную железную руду.

Водородные бактерии уже используются для получения дешевого пищевого и кормового белка, а также для регенерации (восстановления) атмосферы в замкнутых системах жизнеобеспечения (например, система “Оазис-2” была испытана на космическом корабле “Союз-3” в 1973 г.). Кроме того, водородные бактерии участвуют в окислении водорода в природных условиях, который накапливается при действии некоторых микроорганизмов, размельчающих органические вещества почвы, донные отложения водоемов и т.п.