Kemoautotrofe og kemolithotrofe bakterier

Autotrofe bakterier får det kulstof, de har brug for til at opretholde deres overlevelse og vækst, fra kuldioxid (CO2). For at behandle denne kulstofkilde har bakterierne brug for energi. Kemoautotrofe bakterier og kemolithotrofe bakterier får deres energi fra oxidation af uorganiske (ikke-kulstofholdige) forbindelser. Det vil sige, at de henter deres energi fra den energi, der allerede er lagret i kemiske forbindelser. Ved at oxidere forbindelserne kan den energi, der er lagret i kemiske bindinger, udnyttes i cellulære processer. Eksempler på uorganiske forbindelser, som udnyttes af disse typer bakterier, er svovl, ammoniumioner (NH4+) og jernholdigt jern (Fe2+).

Begrebet autotrof betyder “selvernærende”. Faktisk er både kemoautotrofer og kemolithotrofer i stand til at vokse på et medium, der er fri for kulstof. Betegnelsen lithotrof betyder “stenædende”, hvilket yderligere vidner om disse bakteriers evne til at vokse i tilsyneladende ugæstfrie miljøer.

De fleste bakterier er kemotrofe. Hvis energikilden består af store kemikalier, der er komplekse i deres struktur, som det er tilfældet, når kemikalierne stammer fra organismer, der engang levede, er det de kemoautotrofe bakterier, der udnytter kilden. Hvis molekylerne er små, som det er tilfældet med de ovenfor nævnte grundstoffer, kan de udnyttes af kemolithotroferne.

Kun bakterier er kemolithotrofer. Kemoautotrofer omfatter bakterier, svampe , dyr og protozoer.

Der findes flere almindelige grupper af kemoautotrofe bakterier. Den første gruppe er de farveløse svovlbakterier. Disse bakterier adskiller sig fra de svovlbakterier, der udnytter sollys. Sidstnævnte indeholder stoffet klorofyl , og de fremstår derfor farvede. Farveløse svovlbakterier oxiderer svovlbrinte (H2S) ved at acceptere en elektron fra denne forbindelse. Når et iltatom tager imod en elektron, opstår der vand og svovl. Energien fra denne reaktion bruges derefter til at reducere kuldioxid for at skabe kulhydrater. Et eksempel på en farveløs svovlbakterie er slægten Thiothrix.

En anden type kemoautotrof er “jern”-bakterier. Disse bakterier er mest almindeligt forekommende som det rustfarvede og slimede lag, der ophober sig på indersiden af toilettanke. I en række kemiske reaktioner, der ligner svovlbakteriernes, oxiderer jernbakterierne jernforbindelser og bruger den energi, der opnås ved denne reaktion, til at drive dannelsen af kulhydrater. Som eksempler på jernbakterier kan nævnes Thiobacillus ferrooxidans og Thiobacillus thiooxidans. Disse bakterier er almindelige i afstrømningen fra kulminer. Vandet er meget surt og indeholder jernholdigt jern. Kemoautotrofe bakterier trives godt i et sådant miljø.

En tredje type kemoautotrofe bakterier omfatter de nitrificerende bakterier. Disse kemoautotrofe bakterier oxiderer ammoniak (NH3) til nitrat (NO3-). Planter kan bruge nitratet som en næringsstofkilde. Disse nitrificerende bakterier er vigtige for den globale kvælstofcyklus. Eksempler på kemoautotrofe nitrificerende bakterier er Nitrosomonas og Nitrobacter.

Evolutionen af bakterier til at eksistere som kemoautotrofe eller kemolithotrofe har gjort det muligt for dem at indtage nicher, som ellers ville være blottet for bakteriel liv. For eksempel har forskere i de seneste år undersøgt en grotte nær Lovell i Wyoming. Grundvandet, der løber gennem hulen, indeholder en stærk svovlsyre. Desuden er der intet sollys. Den eneste livskilde for de blomstrende bakteriepopulationer, der klæber til klipperne, er klipperne og grundvandets kemi.

Energiudbyttet fra brugen af uorganiske forbindelser er ikke nær så stort som den energi, der kan hentes af andre typer bakterier. Men kemoautotrofer og kemolithotrofer er normalt ikke udsat for konkurrence fra andre mikroorganismer , så den energi, de er i stand til at opnå, er tilstrækkelig til at opretholde deres eksistens. Faktisk kan de uorganiske processer, der er forbundet med kemoautotrofe og kemolithotrofe, gøre disse bakterier til en af de vigtigste kilder til forvitring og erosion af bjergarter på Jorden.

De kemoautotrofe og kemolithotrofe bakteriers evne til at trives ved hjælp af den energi, der opnås ved uorganiske processer, er grundlaget for de metaboliske aktiviteter hos de såkaldte ekstremofile . Disse er bakterier, der lever i ekstreme pH-værdier , temperatur og tryk, som tre eksempler. Desuden er det blevet foreslået, at ekstremofile bakteriers metaboliske evner kunne kopieres på extraterrestriske planetariske legemer.

Se også Metabolisme