Kemosyntesdefinition och exempel

Kemosyntes är omvandlingen av kolföreningar och andra molekyler till organiska föreningar. I denna biokemiska reaktion oxideras metan eller en oorganisk förening, såsom vätesulfid eller vätgas, för att fungera som energikällan. Däremot använder energikällan för fotosyntes (uppsättningen reaktioner genom vilken koldioxid och vatten omvandlas till glukos och syre) energi från solljus för att driva processen.

Tanken att mikroorganismer kunde leva på oorganiska föreningar föreslogs av Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) 1890, baserat på forskning som genomfördes på bakterier som tycktes leva av kväve, järn eller svavel. Hypotesen validerades 1977 när den djuphavssänkbara Alvin observerade rörmaskar och annat liv kring hydrotermiska ventiler vid Galapagos Rift. Harvard-studenten Colleen Cavanaugh föreslog och bekräftade senare att rörmaskarna överlevde på grund av deras relation till kemosyntetiska bakterier. Den officiella upptäckten av kemosyntesen krediteras Cavanaugh.

Organismer som erhåller energi genom oxidation av elektrondonatorer kallas kemotrofer. Om molekylerna är organiska kallas organismerna kemoorganotrofer. Om molekylerna är oorganiska betecknar organismerna kemolitotrofer. Däremot kallas organismer som använder solenergi fototrofer.

Chemoautotrophs och Chemoheterotrophs

Chemoautotrophs får sin energi från kemiska reaktioner och syntetiserar organiska föreningar från koldioxid. Energikällan för kemosyntes kan vara elementärt svavel, vätesulfid, molekylärt väte, ammoniak, mangan eller järn. Exempel på kemoautotrofer inkluderar bakterier och metanogen archaea som lever i djupa havsöppningar. Ordet "kemosyntes" myntades ursprungligen av Wilhelm Pfeffer 1897 för att beskriva energiproduktion genom oxidation av oorganiska molekyler med autotrofer (kemolithoautotrofi). Enligt den moderna definitionen beskriver kemosyntes också energiproduktion via kemoorganoautotrofi.

Chemoheterotrophs kan inte fixa kol för att bilda organiska föreningar. Istället kan de använda oorganiska energikällor, såsom svavel (kemolithoheterotrofer) eller organiska energikällor, såsom proteiner, kolhydrater och lipider (kemoorganoheterotrofer).

Var inträffar kemosyntes?

Kemosyntes har upptäckts i hydrotermala ventiler, isolerade grottor, metanklathrater, valfall och kallt siver. Det har antagits att processen kan tillåta liv under ytan på Mars och Jupiters mån Europa. liksom andra platser i solsystemet. Kemosyntes kan förekomma i närvaron av syre, men det krävs inte.

Exempel på kemosyntes

Förutom bakterier och archaea förlitar sig vissa större organismer på kemosyntes. Ett bra exempel är den jätte rörmask som finns i stora antal som omger djupa hydrotermiska ventiler. Varje mask innehåller kemosyntetiska bakterier i ett organ som kallas en trofosom. Bakterierna oxiderar svavel från maskens miljö för att producera den näring som djuret behöver. Med användning av vätesulfid som energikälla är reaktionen för kemosyntes:

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

Detta är ungefär som reaktionen på att producera kolhydrater via fotosyntes, förutom att fotosyntes frisätter syrgas, medan kemosyntes ger fast svavel. De gula svavelgranulaten är synliga i cytoplasma av bakterier som utför reaktionen.

Ett annat exempel på kemosyntes upptäcktes 2013 när bakterier hittades levande i basalt under havsbotten. Dessa bakterier var inte associerade med en hydrotermisk ventil. Det har föreslagits att bakterierna använder väte från minskning av mineraler i havsvatten som badar berget. Bakterierna kan reagera väte och koldioxid för att producera metan.

Kemosyntes i molekylär nanoteknologi

Medan termen "kemosyntes" ofta används på biologiska system, kan den användas mer generellt för att beskriva vilken form av kemisk syntes som framställs genom slumpmässig termisk rörelse av reaktanter. Däremot kallas mekanisk manipulering av molekyler för att kontrollera deras reaktion "mekanosyntes". Både kemosyntes och mekanosyntes har potential att konstruera komplexa föreningar, inklusive nya molekyler och organiska molekyler.

Resurser och vidare läsning

• Campbell, Neil A., et al. Biologi. 8: e upplagan, Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. och Ann P. Wood. "De kemolitotrofiska prokaryoterna." Prokaryoterna, redigerad av Martin Dworkin, et al., 2006, s. 441-456.
• Schlegel, H. G. "Mechanisations of Chemo-Autotrophy." Marin ekologi: en omfattande, integrerad avhandling om livet i hav och kustvatten, redigerad av Otto Kinne, Wiley, 1975, s. 9-60.
• Somero, Gn. "Symbiotisk exploatering av vätesulfid." Fysiologi, vol. 2, nej. 1, 1987, sid 3-6.