Kaip yra organizuojami ir atliekami bakterijų, kurios chemosintezuoja įvairias medžiagas, gyvenimo procesai? Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, turite suprasti daugybę biologinių sąvokų.
Būdingos bakterijų savybės
Pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra bakterijos. Tai yra visa laukinės gamtos karalystė. Tai mikroskopinio dydžio vienaląsčiai organizmai, neturintys branduolio. Tačiau tai nereiškia, kad bakterijos paprastai neturi struktūrų, atsakingų už paveldimos informacijos perdavimą. Ji tiesiog turi primityvesnę organizaciją. Tai yra žiedinės DNR molekulės, susitelkusios konkrečioje citoplazmos dalyje, vadinamoje nukleoidu.
Autotrofinės mitybos esmė
Chemosintetinės bakterijos, kurių pavyzdžiai bus aptarti mūsų straipsnyje, savarankiškai gamina organines medžiagas. Jie yra autotrofai, kaip ir augalai. Tačiau pastarieji tam naudoja saulės šviesos energiją. Žaliųjų chloroplastų plastidų buvimas leidžia jiems atlikti fotosintezės procesą. Jo esmė slypi gliukozės angliavandenių susidaryme išneorganinių medžiagų – vandens ir anglies dioksido. Kitas šios cheminės reakcijos produktas yra deguonis. Bakterijos taip pat yra autotrofai. Tačiau jiems nereikia saulės šviesos, kad gautų energijos. Jie vykdo kitokį procesą – chemosintezę.
Kas yra chemosintezė
Chemosintezė – tai organinių medžiagų susidarymo procesas vykstant redokso reakcijoms. Gamtoje tai atlieka tik prokariotai. Chemosintetinės bakterijos organinėms medžiagoms sintetinti gali naudoti sieros, azoto ir geležies junginius. Taip išsiskiria energija, kuri pirmiausia sukaupiama ATP ryšiuose, o po to ją gali panaudoti bakterijų ląstelės.
Chemosintetinės bakterijos: buveinė
Kadangi chemotrofų gyvenimas nepriklauso nuo saulės šviesos, jų pasiskirstymo sritis yra gana plati. Pavyzdžiui, sieros bakterijos gali gyventi dideliame gylyje, kartais ten būdamos vienintelės gyvų būtybių atstovės. Šių prokariotų buveinė dažniausiai yra dirvožemis, nuotekos ir substratai, kuriuose gausu tam tikrų cheminių junginių.
Geležinės bakterijos
Chemosintetinės bakterijos apima prokariotus, kurie keičia geležies junginių sudėtį. Juos 1950 m. atrado iškilus rusų mikrobiologas Sergejus Nikolajevičius Vinogradskis. Šio tipo bakterijos oksidacijos reakcijos metu pakeičia geležies oksidacijos būseną, todėl ji tampa trivalenčia. Jie gyvena gėluose ir sūriuose vandenyse. Gamtoje jie vykdo geležies ciklągamtoje, o pramonėje naudojami grynam variui gaminti. Šio tipo bakterijos taip pat priklauso litoautotrofams, galintiems sintetinti kai kuriuos savo ląstelių elementus iš anglies rūgšties.
Sieros bakterijos
Bakterijos, chemosintezės medžiagos iš sieros junginių, gali egzistuoti atskirai vandens telkinių dugne arba sudaryti simbiozę su moliuskais ir jūrų bestuburiais. Kaip oksidacijos š altinį jie naudoja vandenilio sulfidą, sulfidus, tionines rūgštis arba molekulinę sierą. Šio tipo bakterijos buvo pagrindinis objektas atrandant ir tiriant chemosintezės procesą. Šiai prokariotų grupei taip pat priklauso kai kurie fototrofiniai prokariotai. Pavyzdžiui, purpurinės arba žalios sieros bakterijos.
Nitrifikuojančios bakterijos
Nitrifikuojančios bakterijos nusėda ant ankštinių augalų šaknų. Chemosintetiniai šios grupės prokariotai oksiduoja amoniaką iki azoto rūgšties. Ši reakcija vyksta keliais etapais, kai susidaro tarpinės medžiagos. Dirvožemyje taip pat yra azotą fiksuojančių bakterijų. Jie gyvena ant ankštinių augalų šaknų. Įsiskverbę į požeminio organo audinius, susidaro būdingi sustorėjimai. Tokių darinių viduje susidaro palanki aplinka chemosintezės tekėjimui. Augalų simbiozė su mazgelių bakterijomis yra abipusiai naudinga. Pirmieji aprūpina prokariotus organinėmis medžiagomis, gautomis fotosintezės metu. Kita vertus, bakterijos gali fiksuoti atmosferos azotą ir paversti jį prieinama forma.augalai.
Kodėl šis procesas toks svarbus? Iš tiesų, atmosferoje azoto koncentracija yra gana didelė ir siekia 78%. Tačiau tokia forma augalai negali absorbuoti šios medžiagos. Augalams šaknims vystytis reikia azoto. Esant tokiai situacijai, į pagalbą ateina mazgelių bakterijos, kurios paverčia ją nitratų ir amonio forma.
Tiono bakterijos
Tionų prokariotai taip pat yra chemosintetinės bakterijos. Jų energijos š altinis – įvairūs sieros junginiai. Šio tipo bakterijos jas redukuoja iki sieros rūgšties. Šią reakciją lydi reikšmingas terpės pH sumažėjimas. Tioninės bakterijos priklauso acidofilų grupei. Tai apima organizmus, kurie gali išgyventi didelio rūgštingumo sąlygomis. Tokios sąlygos būdingos pelkėms. Kartu su tianaceae šią grupę sudaro pieno ir acto rūgšties bakterijos, žvyneliai ir rotiferiai.
Vandenilinės bakterijos
Šių tipų prokariotai yra dirvožemio gyventojai. Jie oksiduoja molekulinį vandenilį į vandenį, išskirdami energiją. Tokios bakterijos taip pat priskiriamos termofilų grupei. Tai reiškia, kad jie gali išgyventi aukštoje temperatūroje, kuri gali siekti 50 laipsnių Celsijaus. Tokį vandenilio bakterijų gebėjimą nulėmė tai, kad jos išskiria specialius fermentus, kurie veikia net ir tokiomis sąlygomis.
Vaidmuochemosintetinės bakterijos
Chemotrofai atlieka svarbų vaidmenį sudėtinguose atitinkamų cheminių medžiagų transformacijos ir cirkuliacijos procesuose gamtoje. Kadangi vandenilio sulfidas ir amoniakas yra gana toksiškos medžiagos, reikia juos neutralizuoti. Tai taip pat atlieka chemotrofinės bakterijos. Vykstant cheminėms transformacijoms susidaro kitiems organizmams reikalingos medžiagos, kurios leidžia normaliai augti ir vystytis. Dideli geležies ir mangano rūdos telkiniai jūrų ir pelkių dugne susidaro dėl chemotrofų veiklos. Būtent geležies bakterijos.
Žmogus išmoko panaudoti unikalias chemotrofų savybes savo veikloje. Pavyzdžiui, sieros bakterijų pagalba jie išvalo nuotekas nuo sieros vandenilio, apsaugo metalinius ir betoninius vamzdžius nuo korozijos, o gruntus nuo rūgštėjimo.
Taigi, chemosintetinės bakterijos yra specialūs prokariotai, galintys anaerobinėmis sąlygomis atlikti atitinkamas chemines reakcijas. Šie organizmai oksiduoja medžiagas. Tokiu atveju išsiskirianti energija pirmiausia kaupiama ATP ryšiuose, o vėliau naudojama gyvybės procesams vykdyti. Pagrindinės – geležį, sierą ir azotą fiksuojančios bakterijos. Jie gyvena tiek vandens, tiek dirvožemio aplinkoje. Chemotrofai yra nepakeičiama medžiagų ciklo grandis, aprūpina gyvus organizmus reikalingomis medžiagomis ir yra plačiai naudojami žmonių ūkinėje ir pramoninėje veikloje.
