Bakterie chemoautotroficzne i chemolitotroficzne

Bakterie autotroficzne uzyskują węgiel, który jest im potrzebny do przetrwania i wzrostu z dwutlenku węgla (CO2). Aby przetworzyć to źródło węgla, bakterie potrzebują energii. Bakterie chemoautotroficzne i chemolitotroficzne uzyskują energię z utleniania związków nieorganicznych (niewęglowych). Oznacza to, że czerpią one energię z energii już zmagazynowanej w związkach chemicznych. Poprzez utlenianie związków chemicznych, energia zmagazynowana w wiązaniach chemicznych może być wykorzystana w procesach komórkowych. Przykładami związków nieorganicznych, które są wykorzystywane przez te typy bakterii są siarka, jon amonowy (NH4+) i żelazo żelazne (Fe2+).

Określenie autotrof oznacza „samoodżywiający się”. Rzeczywiście, zarówno chemoautotrofy, jak i chemolitotrofy są w stanie rosnąć na podłożu pozbawionym węgla. Określenie litotroficzne oznacza „zjadanie skał”, co dodatkowo świadczy o zdolności tych bakterii do wzrostu w środowiskach pozornie niegościnnych.

Większość bakterii jest chemotroficzna. Jeśli źródło energii składa się z dużych substancji chemicznych, które są złożone w strukturze, jak to jest w przypadku, gdy substancje chemiczne pochodzą z raz żyjących organizmów, to jest chemoautotroficzne bakterie, które wykorzystują źródło. Jeśli cząsteczki są małe, jak w przypadku pierwiastków wymienionych powyżej, mogą być wykorzystane przez chemolithotrophs.

Tylko bakterie są chemolithotrophs. Chemoautotrofy obejmują bakterie, grzyby, zwierzęta i pierwotniaki.

Istnieje kilka wspólnych grup bakterii chemoautotroficznych. Pierwsza grupa to bezbarwne bakterie siarkowe. Bakterie te różnią się od bakterii siarkowych, które wykorzystują światło słoneczne. Te ostatnie zawierają związek chlorofilu i dlatego wydają się kolorowe. Bezbarwne bakterie siarkowe utleniają siarkowodór (H2S) poprzez przyjęcie elektronu z tego związku. W wyniku przyjęcia elektronu przez atom tlenu powstaje woda i siarka. Energia z tej reakcji jest następnie wykorzystywana do redukcji dwutlenku węgla w celu wytworzenia węglowodanów. Przykładem bezbarwnej bakterii siarkowej jest rodzaj Thiothrix.

Innym rodzajem chemoautotrofów są bakterie „żelazowe”. Bakterie te są najczęściej spotykane jako rdzawo zabarwiona i śluzowata warstwa, która gromadzi się wewnątrz zbiorników toaletowych. W serii reakcji chemicznych, które są podobne do tych zachodzących w bakteriach siarkowych, bakterie żelazowe utleniają związki żelaza i wykorzystują energię uzyskaną z tej reakcji do tworzenia węglowodanów. Przykładami bakterii żelazowych są Thiobacillus ferrooxidans i Thiobacillus thiooxidans. Bakterie te są powszechne w odpływie z kopalń węgla. Woda ta jest bardzo kwaśna i zawiera żelazo. Chemoautotrofy rozwijają się w takim środowisku.

Trzeci typ bakterii chemoautotroficznych obejmuje bakterie nitryfikacyjne. Te chemoautotrofy utleniają amoniak (NH3) do azotanu (NO3-). Rośliny mogą wykorzystać azotan jako źródło składników odżywczych. Bakterie nitryfikacyjne są ważne dla funkcjonowania globalnego cyklu azotowego. Przykłady chemoautotroficznych bakterii nitryfikacyjnych obejmują Nitrosomonas i Nitrobacter.

Ewolucja bakterii do istnienia jako chemoautotrofy lub chemolithotrofy pozwoliła im zająć nisze, które w przeciwnym razie byłyby pozbawione życia bakteryjnego. Na przykład, w ostatnich latach naukowcy badali jaskinię w pobliżu Lovell, Wyoming. Wody gruntowe płynące przez jaskinię zawierają silny kwas siarkowy. Co więcej, nie ma tam światła słonecznego. Jedynym źródłem życia dla dobrze prosperujących populacji bakterii, które przylegają do skał, są skały i chemia wód gruntowych.

Dochód energii z wykorzystania związków nieorganicznych nie jest prawie tak wielki jak energia, którą mogą uzyskać inne rodzaje bakterii. Ale, chemoautotrofy i chemolitotrofy nie mają zazwyczaj konkurencji ze strony innych mikroorganizmów, więc energia, którą są w stanie uzyskać jest wystarczająca do podtrzymania ich istnienia. Rzeczywiście, procesy nieorganiczne związane z chemoautotrofami i chemolitotrofami mogą uczynić te bakterie jednym z najważniejszych źródeł wietrzenia i erozji skał na Ziemi.

Zdolność bakterii chemoautotroficznych i chemolitotroficznych do rozwoju dzięki energii uzyskanej z procesów nieorganicznych jest podstawą aktywności metabolicznej tak zwanych ekstremofili . Są to bakterie, które żyją w ekstremalnych warunkach pH, temperatury i ciśnienia, jako trzy przykłady. Co więcej, sugeruje się, że zdolności metaboliczne ekstremofili mogą być powielane na pozaziemskich ciałach planetarnych.

Zobacz też Metabolizm

.