Биология. 11 класс

*Хемосинтез. Вам известно, что, кроме фотоавтотрофов, синтезировать органические соединения из неорганических способны также хемоавтотрофы. Принципиальное различие между этими группами автотрофных организмов заключается в источнике энергии. Фотоавтотрофы для образования органических веществ используют энергию света. Для хемоавтотрофов источником энергии служат реакции окисления неорганических соединений. Энергия, которая высвобождается в результате этих реакций, сначала запасается в виде АТФ, а затем используется для синтеза органических веществ. Такой способ питания называется хемосинтезом.

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором для образования органических соединений используется энергия, выделяющаяся при окислении неорганических веществ. Этот путь метаболизма открыл в конце XIX в. российский микробиолог С. Н. Виноградский. Хемосинтез характерен для некоторых групп бактерий (железобактерий, бесцветных серобактерий, нитрифицирующих, водородных и др.).

Железобактерии распространены в соленых и пресных водах. Они окисляют соединения двухвалентного железа до трехвалентного. Например:

Благодаря железобактериям в болотах, на дне морей и других водоемов образуются железные руды.

Бесцветные серобактерии встречаются в почве, серных источниках, месторождениях серы, сульфидов и др. Они окисляют сероводород до молекулярной серы, которая накапливается в клетках бактерий:

При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии могут осуществлять дальнейшее окисление серы до серной кислоты:

Деятельность этих микроорганизмов способствует разрушению и выветриванию горных пород, может приводить к повреждению каменных и металлических сооружений. Человек использует бесцветные серобактерии в процессах очистки сточных вод и для выделения различных металлов из руд.

Нитрифицирующие бактерии обитают в почве и водоемах. Они окисляют аммиак, который образуется при гниении органических веществ и разложении конечных продуктов азотистого обмена животных и грибов (мочевины, мочевой кислоты и др.):

 

При этом образуются азотистая и азотная кислоты, анионы которых (нитрит и нитрат) хорошо усваиваются растениями в качестве источников азота.

Водородные бактерии, как и нитрифицирующие, широко распространены в водоемах и почве. Молекулярный водород, который выделяется в результате жизнедеятельности других микроорганизмов, они окисляют до воды:

Водородные бактерии сравнительно быстро связывают углекислый газ и превращают его в органические соединения. В связи с этим они используются для получения кормового и пищевого белка, а также в системах поглощения СО₂ в замкнутых пространствах (подводных лодках, космических кораблях).

Хемоавтотрофы являются важным звеном в природном круговороте веществ: железа, серы, азота и др. Они участвуют в формировании и разрушении горных пород, образовании почвы и повышении ее плодородия. Хемосинтезирующие бактерии — единственные автотрофы, напрямую не зависящие от энергии Солнца. На уровне всей биосферы их вклад в производство органических соединений незначителен. Однако в тех экосистемах, куда не проникает солнечный свет (экосистемы пещер, океанических глубин), хемоавтотрофы играют важную роль в качестве продуцентов.*