Kemoautotrofa och kemolithotrofa bakterier

Autotrofa bakterier får det kol som de behöver för att överleva och växa från koldioxid (CO2). För att bearbeta denna kolkälla behöver bakterierna energi. Kemoautotrofa bakterier och kemolithotrofa bakterier får sin energi från oxidation av oorganiska (icke-kolföreningar) föreningar. Det innebär att de får sin energi från den energi som redan finns lagrad i kemiska föreningar. Genom att oxidera föreningarna kan den energi som finns lagrad i kemiska bindningar utnyttjas i cellprocesser. Exempel på oorganiska föreningar som används av dessa typer av bakterier är svavel, ammoniumjoner (NH4+) och järnhaltigt järn (Fe2+).

Beteckningen autotrof betyder ”självförsörjande”. Faktum är att både kemoautotrofer och kemolithotrofer kan växa på medium som är fritt från kol. Beteckningen litotrof betyder ”stenätande”, vilket ytterligare vittnar om dessa bakteriers förmåga att växa i till synes ogästvänliga miljöer.

De flesta bakterier är kemotrofa. Om energikällan består av stora kemikalier som är komplexa till sin struktur, vilket är fallet när kemikalierna härrör från organismer som en gång levde, är det de kemoautotrofa bakterierna som utnyttjar källan. Om molekylerna är små, som med de grundämnen som anges ovan, kan de utnyttjas av kemolithotrofer.

Endast bakterier är kemolithotrofer. Kemoautotrofer inkluderar bakterier, svampar , djur och protozoer.

Det finns flera vanliga grupper av kemoautotrofa bakterier. Den första gruppen är de färglösa svavelbakterierna. Dessa bakterier skiljer sig från de svavelbakterier som utnyttjar solljus. De senare innehåller föreningen klorofyll , och framstår därför som färgade. Färglösa svavelbakterier oxiderar vätesulfid (H2S) genom att ta emot en elektron från föreningen. När en syreatom tar emot en elektron skapas vatten och svavel. Energin från denna reaktion används sedan för att reducera koldioxid för att skapa kolhydrater. Ett exempel på en färglös svavelbakterie är släktet Thiothrix.

En annan typ av kemoautotrof är ”järn”-bakterier. Dessa bakterier är vanligast förekommande som det rostfärgade och slemmiga skikt som byggs upp på insidan av toalettbehållare. I en serie kemiska reaktioner som liknar dem hos svavelbakterierna oxiderar järnbakterierna järnföreningar och använder energin från denna reaktion för att driva bildandet av kolhydrater. Exempel på järnbakterier är Thiobacillus ferrooxidans och Thiobacillus thiooxidans. Dessa bakterier är vanliga i avrinningen från kolgruvor. Vattnet är mycket surt och innehåller järnhaltigt järn. Kemoautotrofa bakterier trivs i en sådan miljö.

En tredje typ av kemoautotrofa bakterier är de nitrifierande bakterierna. Dessa kemoautotrofa bakterier oxiderar ammoniak (NH3) till nitrat (NO3-). Växter kan använda nitratet som en näringskälla. Dessa nitrifierande bakterier är viktiga för den globala kvävecykeln. Exempel på kemoautotrofa nitrifierande bakterier är Nitrosomonas och Nitrobacter.

Bakteriernas utveckling så att de kan existera som kemoautotrofa eller kemolithotrofa bakterier har gjort det möjligt för dem att inta nischer som annars skulle ha varit tomma på bakteriellt liv. Under de senaste åren har forskare till exempel studerat en grotta nära Lovell i Wyoming. Grundvattnet som rinner genom grottan innehåller en stark svavelsyra. Dessutom finns det inget solljus. Den enda livskällan för de blomstrande bakteriepopulationer som fäster vid stenarna är stenarna och grundvattnets kemi.

Energiavkastningen från användningen av oorganiska föreningar är inte tillnärmelsevis lika stor som den energi som kan erhållas av andra typer av bakterier. Men kemoautotrofer och kemolithotrofer möter vanligtvis inte konkurrens från andra mikroorganismer , så den energi de kan få är tillräcklig för att upprätthålla sin existens. De oorganiska processer som är förknippade med kemoautotrofa och kemolithotrofa bakterier kan göra dessa bakterier till en av de viktigaste källorna till vittring och erosion av stenar på jorden.

Förmågan hos kemoautotrofa och kemolithotrofa bakterier att frodas med hjälp av den energi som erhålls genom oorganiska processer ligger till grund för de metaboliska aktiviteterna hos de så kallade extremofila . Dessa är bakterier som lever i extrema pH-värden, temperaturer och tryck, som tre exempel. Dessutom har det föreslagits att extremofilernas metaboliska förmåga skulle kunna dupliceras på utomjordiska planetkroppar.

Se även Metabolism