Kemoautotrofiset ja kemolithotrofiset bakteerit

Autotrofiset bakteerit saavat eloonjäämiseen ja kasvuun tarvitsemansa hiilen hiilidioksidista (CO2). Tämän hiililähteen käsittelemiseksi bakteerit tarvitsevat energiaa. Kemoautotrofiset bakteerit ja kemolithotrofiset bakteerit saavat energiansa epäorgaanisten (muiden kuin hiili) yhdisteiden hapettumisesta. Toisin sanoen ne saavat energiansa kemiallisiin yhdisteisiin jo varastoituneesta energiasta. Hapettamalla yhdisteitä kemiallisiin sidoksiin varastoitunut energia voidaan hyödyntää soluprosesseissa. Esimerkkejä epäorgaanisista yhdisteistä, joita tämäntyyppiset bakteerit käyttävät, ovat rikki, ammoniumioni (NH4+) ja rautarauta (Fe2+).

Nimitys autotrof tarkoittaa ”itseään ruokkivaa”. Sekä kemoautotrofit että kemolithotrofit kykenevätkin kasvamaan alustalla, jossa ei ole hiiltä. Nimitys lithotrofinen tarkoittaa ”kiveä syövä”, mikä osoittaa edelleen näiden bakteerien kykyä kasvaa näennäisesti epäsuotuisissa ympäristöissä.

Useimmat bakteerit ovat kemotrofisia. Jos energialähde koostuu suurista kemikaaleista, jotka ovat rakenteeltaan monimutkaisia, kuten silloin, kun kemikaalit ovat peräisin kerran eläneistä organismeista, kemotrofiset bakteerit hyödyntävät lähdettä. Jos molekyylit ovat pieniä, kuten edellä lueteltujen alkuaineiden kohdalla, niitä voivat hyödyntää kemolithotrofit.

Vain bakteerit ovat kemolithotrofeja. Kemoautotrofeihin kuuluvat bakteerit, sienet , eläimet ja alkueläimet.

Kemoautotrofisten bakteerien yleisiä ryhmiä on useita. Ensimmäinen ryhmä on värittömät rikkibakteerit. Nämä bakteerit eroavat auringonvaloa hyödyntävistä rikkibakteereista. Jälkimmäiset sisältävät klorofylliyhdistettä , joten ne näyttävät värillisiltä. Värittömät rikkibakteerit hapettavat rikkivetyä (H2S) ottamalla yhdisteestä elektronin. Kun happiatomi ottaa elektronin vastaan, syntyy vettä ja rikkiä. Tämän reaktion energiaa käytetään sitten hiilidioksidin pelkistämiseen hiilihydraattien muodostamiseksi. Esimerkki värittömästä rikkibakteerista on Thiothrix-suku.

Toinen kemoautotrofinen bakteerityyppi on ”rautabakteeri”. Näitä bakteereja tavataan yleisimmin ruosteen värisenä ja limaisena kerroksena, joka kerääntyy wc-tankkien sisäpuolelle. Rautabakteerit hapettavat rautayhdisteitä samanlaisessa kemiallisten reaktioiden sarjassa kuin rikkibakteerit ja käyttävät tästä reaktiosta saatavan energian hiilihydraattien muodostamiseen. Esimerkkejä rautabakteereista ovat Thiobacillus ferrooxidans ja Thiobacillus thiooxidans. Nämä bakteerit ovat yleisiä hiilikaivosten valumavesissä. Vesi on hyvin hapanta ja sisältää rautapitoista rautaa. Kemoautotrofiset bakteerit viihtyvät tällaisessa ympäristössä.

Kolmas kemoautotrofisten bakteerien tyyppi ovat nitrifioivat bakteerit. Nämä kemoautotrofiset bakteerit hapettavat ammoniakin (NH3) nitraatiksi (NO3-). Kasvit voivat käyttää nitraattia ravinnelähteenä. Nämä nitrifioivat bakteerit ovat tärkeitä maailmanlaajuisen typen kierron toiminnassa. Esimerkkejä kemoautotrofisista nitrifioivista bakteereista ovat Nitrosomonas ja Nitrobacter.

Bakteerien kehittyminen kemoautotrofisiksi tai kemolithotrofisiksi on mahdollistanut sen, että bakteerit ovat voineet vallata markkinarakoja, joissa ei muuten olisi ollut bakteerielämää. Viime vuosina tutkijat ovat esimerkiksi tutkineet luolaa Lovellin lähellä Wyomingissa. Luolan läpi virtaava pohjavesi sisältää vahvaa rikkihappoa. Lisäksi siellä ei ole auringonvaloa. Kallioihin kiinnittyneiden kukoistavien bakteeripopulaatioiden ainoa elämänlähde ovat kalliot ja pohjaveden kemia.

Epäorgaanisten yhdisteiden käytöstä saatava energiantuotto ei ole läheskään yhtä suuri kuin muiden bakteerityyppien avulla saatava energia. Mutta kemoautotrofit ja kemolithotrofit eivät yleensä joudu kilpailemaan muiden mikro-organismien kanssa , joten energia, jonka ne pystyvät saamaan, riittää niiden olemassaolon ylläpitämiseen. Kemoautotrofisiin ja kemolithotrofisiin liittyvät epäorgaaniset prosessit saattavatkin tehdä näistä bakteereista yhden tärkeimmistä kivien sään ja eroosion lähteistä maapallolla.

Kemoautotrofisten ja kemolithotrofisten bakteerien kyky menestyä epäorgaanisista prosesseista saadun energian avulla on niin sanottujen ekstremofiilien metabolisten toimintojen perusta. Nämä ovat bakteereja, jotka elävät äärimmäisissä pH-, lämpötila- ja paineolosuhteissa. Lisäksi on esitetty, että extremofiilien aineenvaihduntakyky voitaisiin jäljitellä maan ulkopuolisilla planeettakappaleilla.

Katso myös aineenvaihdunta

.