Chemo-autotrofe en chemolithotrofe bacteriën

Autotrofe bacteriën halen de koolstof die zij nodig hebben om te overleven en te groeien uit kooldioxide (CO2). Om deze koolstofbron te verwerken, hebben de bacteriën energie nodig. Chemo-autotrofe bacteriën en chemolithotrofe bacteriën verkrijgen hun energie uit de oxidatie van anorganische (niet-koolstofhoudende) verbindingen. Dat wil zeggen dat zij hun energie halen uit de energie die reeds in chemische verbindingen is opgeslagen. Door de verbindingen te oxideren, kan de in chemische bindingen opgeslagen energie worden gebruikt in cellulaire processen. Voorbeelden van anorganische verbindingen die door dit soort bacteriën worden gebruikt zijn zwavel, ammonium ion (NH4+), en ijzerhoudend ijzer (Fe2+).

De benaming autotroof betekent “zelfvoedend”. Zowel chemo-autotrofen als chemolithotrofen zijn namelijk in staat te groeien op een koolstofvrij medium. De benaming lithotroof betekent “steenetend”, hetgeen nog eens getuigt van het vermogen van deze bacteriën om te groeien in schijnbaar onherbergzame omgevingen.

De meeste bacteriën zijn chemotroof. Als de energiebron bestaat uit grote chemicaliën met een complexe structuur, zoals het geval is wanneer de chemicaliën afkomstig zijn van eens levende organismen, dan zijn het de chemo-autotrofe bacteriën die de bron benutten. Als de moleculen klein zijn, zoals bij de hierboven genoemde elementen, dan kunnen ze worden benut door chemolithotrofen.

Alleen bacteriën zijn chemolithotrofen. Tot de chemo-autotrofen behoren bacteriën, schimmels, dieren en protozoa.

Er zijn verschillende veel voorkomende groepen chemo-autotrofe bacteriën. De eerste groep zijn de kleurloze zwavelbacteriën. Deze bacteriën zijn te onderscheiden van de zwavelbacteriën die zonlicht gebruiken. Deze laatste bevatten de verbinding chlorofyl, en zien er dus gekleurd uit. Kleurloze zwavelbacteriën oxideren waterstofsulfide (H2S) door een elektron van de verbinding te accepteren. Door de aanvaarding van een elektron door een zuurstofatoom ontstaan water en zwavel. De energie van deze reactie wordt vervolgens gebruikt om kooldioxide te reduceren tot koolhydraten. Een voorbeeld van een kleurloze zwavelbacterie is het geslacht Thiothrix.

Een ander type chemo-autotroof is de “ijzer “bacterie. Deze bacteriën komen we het meest tegen als de roestig gekleurde en slijmerige laag die zich ophoopt aan de binnenkant van toilettanks. In een reeks chemische reacties die vergelijkbaar zijn met die van de zwavelbacteriën, oxideren ijzerbacteriën ijzerverbindingen en gebruiken de energie die zij bij deze reactie opdoen om koolhydraten te vormen. Voorbeelden van ijzerbacteriën zijn Thiobacillus ferrooxidans en Thiobacillus thiooxidans. Deze bacteriën komen veel voor in het afvloeiingswater van kolenmijnen. Het water is zeer zuur en bevat ijzerhoudend ijzer. Chemo-autotrofen gedijen goed in een dergelijk milieu.

Een derde soort chemo-autotrofe bacteriën zijn de nitrificerende bacteriën. Deze chemo-autotrofen oxideren ammoniak (NH3) tot nitraat (NO3-). Planten kunnen het nitraat gebruiken als voedingsbron. Deze nitrificerende bacteriën zijn belangrijk voor de werking van de mondiale stikstofcyclus. Voorbeelden van chemo-autotrofe nitrificerende bacteriën zijn Nitrosomonas en Nitrobacter.

De evolutie van bacteriën om als chemo-autotrofen of chemolithotrofen te bestaan, heeft hen in staat gesteld niches te bezetten die anders verstoken zouden zijn van bacterieel leven. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers bijvoorbeeld een grot bij Lovell, Wyoming, bestudeerd. Het grondwater dat door de grot stroomt bevat een sterk zwavelzuur. Bovendien is er geen zonlicht. De enige bron van leven voor de bloeiende bacteriepopulaties die zich aan de rotsen hechten, zijn de rotsen en de chemie van het grondwater.

De energieopbrengst van het gebruik van anorganische verbindingen is lang niet zo groot als de energie die kan worden verkregen door andere soorten bacteriën. Maar chemo-autotrofen en chemolithotrofen ondervinden gewoonlijk geen concurrentie van andere micro-organismen, zodat de energie die zij kunnen verkrijgen voldoende is om hun bestaan in stand te houden. De anorganische processen die met chemo-autotrofen en chemolithotrofen gepaard gaan, maken deze bacteriën wellicht tot een van de belangrijkste bronnen van verwering en erosie van gesteenten op aarde.

Het vermogen van chemo-autotrofe en chemolithotrofe bacteriën om te gedijen door de energie die wordt gewonnen uit anorganische processen, vormt de basis voor de metabolische activiteiten van de zogeheten extremofielen . Dit zijn bacteriën die leven in extremen van pH , temperatuur of druk, als drie voorbeelden. Bovendien is gesuggereerd dat de metabolische mogelijkheden van extremofielen zouden kunnen worden gekopieerd op buitenaardse planeten.

Zie ook Metabolisme