Hoe zijn de levensprocessen van bacteriën die verschillende stoffen chemosynthetiseren, gerangschikt en uitgevoerd? Om deze vragen te beantwoorden, moet je een aantal biologische concepten begrijpen.
Kenmerken van bacteriën
Laten we eerst eens kijken wie de bacteriën zijn. Dit is het hele koninkrijk van dieren in het wild. Het zijn eencellige organismen van microscopische grootte die geen kern hebben. Maar dit betekent niet dat bacteriën over het algemeen geen structuren hebben die verantwoordelijk zijn voor de overdracht van erfelijke informatie. Het heeft gewoon een meer primitieve organisatie. Dit zijn circulaire DNA-moleculen die zijn geconcentreerd in een specifiek deel van het cytoplasma dat de nucleoïde wordt genoemd.
De essentie van autotrofe voeding
Chemosynthetische bacteriën, waarvan voorbeelden in ons artikel worden besproken, produceren zelfstandig organische stoffen. Het zijn autotrofen, net als planten. Deze laatste gebruiken hiervoor echter de energie van zonlicht. De aanwezigheid van groene plastiden van chloroplasten stelt hen in staat om het proces van fotosynthese uit te voeren. De essentie ervan ligt in de vorming van glucose-koolhydraat uitanorganische stoffen - water en koolstofdioxide. Een ander product van deze chemische reactie is zuurstof. Bacteriën zijn ook autotrofen. Maar ze hebben geen zonlicht nodig om energie te krijgen. Ze voeren een ander proces uit - chemosynthese.
Wat is chemosynthese
Chemosynthese is het proces van vorming van organische stoffen door het optreden van redoxreacties. Het wordt in de natuur alleen uitgevoerd door prokaryoten. Chemosynthetische bacteriën kunnen zwavel-, stikstof- en ijzerverbindingen gebruiken om organische stoffen te synthetiseren. Hierbij komt energie vrij, die eerst wordt geaccumuleerd in ATP-bindingen, waarna het door bacteriële cellen kan worden gebruikt.
Chemosynthetische bacteriën: leefgebied
Omdat de levensduur van chemotrofen niet afhangt van de aanwezigheid van zonlicht, is hun verspreidingsgebied vrij groot. Zo kunnen zwavelbacteriën op grote diepte leven, soms de enige vertegenwoordigers van levende wezens daar. Het leefgebied van deze prokaryoten is meestal bodem, afvalwater en substraten die rijk zijn aan bepaalde chemische verbindingen.
IJzerbacteriën
Chemosynthetische bacteriën omvatten prokaryoten die de samenstelling van ijzerverbindingen veranderen. Ze werden in 1950 ontdekt door de vooraanstaande Russische microbioloog Sergei Nikolajevitsj Vinogradsky. Dit type bacteriën verandert tijdens de oxidatiereactie de oxidatietoestand van ijzer, waardoor het driewaardig wordt. Ze leven in zoet en zout water. In de natuur voeren ze de ijzercyclus uit innatuur, en in de industrie worden gebruikt om puur koper te produceren. Dit type bacteriën behoort ook tot de lithoautotrofen, die in staat zijn sommige elementen van hun cellen uit koolzuur te synthetiseren.
Zwavelbacteriën
Bacteriën, chemosynthetiserende stoffen uit zwavelverbindingen, kunnen afzonderlijk op de bodem van waterlichamen voorkomen of een symbiose vormen met weekdieren en ongewervelde zeedieren. Ze gebruiken waterstofsulfide, sulfiden, thionzuren of moleculaire zwavel als bron van oxidatie. Dit type bacteriën was het belangrijkste object bij de ontdekking en studie van het proces van chemosynthese. Deze groep prokaryoten omvat ook enkele fototrofe prokaryoten. Bijvoorbeeld, zoals paarse of groene zwavelbacteriën.
Nitrificerende bacteriën
Nitrificerende bacteriën nestelen zich op de wortels van vlinderbloemigen. Chemosynthetische prokaryoten van deze groep oxideren ammoniak tot salpeterzuur. Deze reactie wordt in verschillende fasen uitgevoerd onder vorming van tussenstoffen. Ook zijn er stikstofbindende bacteriën in de bodem. Ze leven op de wortels van vlinderbloemigen. Ze dringen door in de weefsels van het ondergrondse orgaan en vormen karakteristieke verdikkingen. Binnen dergelijke formaties wordt een gunstige omgeving gecreëerd voor de stroom van chemosynthese. De symbiose van planten met knobbelbacteriën is voor beide partijen voordelig. De eerste voorzien prokaryoten van organisch materiaal dat is verkregen tijdens fotosynthese. Bacteriën daarentegen zijn in staat stikstof uit de lucht te binden en om te zetten in een vorm die toegankelijk is voorplanten.
Waarom is dit proces zo belangrijk? In de atmosfeer is de stikstofconcentratie namelijk vrij hoog en bedraagt 78%. Maar in deze vorm kunnen planten deze stof niet opnemen. Planten hebben stikstof nodig voor wortelontwikkeling. In deze situatie komen knobbelbacteriën te hulp, die het in een nitraat- en ammoniumvorm veranderen.
Thion-bacteriën
Thion-prokaryoten zijn ook chemosynthetische bacteriën. Hun energiebron is verschillende zwavelverbindingen. Dit type bacteriën reduceert ze tot zwavelzuur. Deze reactie gaat gepaard met een significante verlaging van de pH van het medium. Thionische bacteriën behoren tot de groep van acidofielen. Deze omvatten organismen die kunnen overleven in omstandigheden met een hoge zuurgraad. Dergelijke omstandigheden zijn typerend voor moerassen. Samen met de thianaceae bestaat deze groep uit melk- en azijnzuurbacteriën, flagellaten en raderdiertjes.
Waterstofbacteriën
Dit soort prokaryoten zijn bodembewoners. Ze oxideren moleculaire waterstof tot water waarbij energie vrijkomt. Dergelijke bacteriën zijn ook opgenomen in de groep van thermofielen. Dit betekent dat ze kunnen overleven bij hoge temperaturen, die kunnen oplopen tot 50 graden Celsius. Dit vermogen van waterstofbacteriën is te wijten aan het feit dat ze speciale enzymen afscheiden die zelfs in dergelijke omstandigheden functioneren.
Rolchemosynthetische bacteriën
Chemotrofen spelen een belangrijke rol in de complexe processen van transformatie en circulatie van de overeenkomstige chemicaliën in de natuur. Omdat waterstofsulfide en ammoniak behoorlijk giftige stoffen zijn, is het nodig om ze te neutraliseren. Dit wordt ook uitgevoerd door chemotrofe bacteriën. Tijdens chemische transformaties worden stoffen gevormd die nodig zijn voor andere organismen, die hun normale groei en ontwikkeling mogelijk maken. Grote afzettingen van ijzer- en mangaanerts op de bodem van de zeeën en moerassen ontstaan door de activiteit van chemotrofen. Namelijk ijzerbacteriën.
De mens heeft geleerd de unieke eigenschappen van chemotrofen te gebruiken in hun activiteiten. Met behulp van zwavelbacteriën reinigen ze bijvoorbeeld afvalwater van waterstofsulfide, beschermen ze metalen en betonnen leidingen tegen corrosie en de bodem tegen verzuring.
Chemosynthetische bacteriën zijn dus speciale prokaryoten die in staat zijn om geschikte chemische reacties uit te voeren onder anaërobe omstandigheden. Deze organismen oxideren stoffen. De energie die daarbij vrijkomt, wordt eerst opgeslagen in ATP-bindingen en vervolgens gebruikt om levensprocessen uit te voeren. De belangrijkste zijn ijzer-, zwavel- en stikstofbindende bacteriën. Ze leven in zowel water- als bodemomgevingen. Chemotrofen zijn een onmisbare schakel in de kringloop van stoffen, voorzien levende organismen van de noodzakelijke stoffen en worden door mensen veel gebruikt bij hun economische en industriële activiteiten.
