Хемосинтез

Что такое хемосинтез?

Хемосинтез – это способ, которым некоторые организмы создают себе пищу из неорганических веществ, с помощью энергии от химического ветра. Вместо солнечного света, как при фотосинтезе, эти организмы получают энергию, окисляя неорганические соединения. Хемосинтез важен в экосистемах, где нет света, например, на дне океана у самых близких источников.

Механизм хемосинтеза

В основе процесса возникновения окислительно-восстановительные процессы, благодаря излучению выделенной энергии, используемой для синтеза определенных веществ. Организмы, способные исследовать подобный вид, используют неорганические соединения, такие как сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), водород (H₂), железо (Fe²⁺) и нитриты (NO₂⁻). Этот процесс позволяет преобразовывать неорганические вещества в органические соединения с фиксацией углекислого газа (CO₂). Процесс проходит на двух стадиях:

Первая стадия — окисление неорганических соединений.
На данных объектах организмы извлекают энергию в результате химического окисления. Например, при окислении сероводорода (H₂S) с участием кислорода (O₂) образуется элементарная сера (S), вода (H₂O) и дополнительная энергия:

$$2{\mathrm{ЧАС}}_2С+{О}_2\to 2С+2{\mathrm{ЧАС}}_2О+\text{энергия}$$

развитие перемен и другими веществами. Например, двухвалентное железо (Fe²⁺) окисляется до трёхвалентного (Fe³⁺), аммиак (NH₃) преобразуется в нитриты (NO₂⁻) или нитраты (NO₃⁻), а также гибридную энергию.

Вторая стадия — фиксация углекислого газа.
Энергия, высвобожденная на первой стадии, используется для фиксации CO₂, то есть преобразует углекислый газ в органические вещества. Этот процесс аналогичен фотосинтезу с традиционным результатом, но отличается от промышленной энергетики. Пример восстановительного ремонта:

CO_2 + H_2O \rightarrow \text{(CH_2O)}_n + O_2

Здесь$(С{\mathrm{ЧАС}}_2О{)}_{н}$означает органические молекулы, такие как глюкоза. Эта стадия поддержания ферментативными циклами, которые включают цикл Кальвина или аналогичные метаболические пути.

Процесс позволяет организму использовать доступные в окружающей среде неорганические вещества, превращая их в объемный и строительный материал для клеток. Это особенно важно в условиях, когда отсутствуют традиционные методы получения энергии, например, счетчики солнечного света.

Организмы-хемосинтетики

Существуют организмы, которые получают энергию не от солнца, а окисляя неорганические вещества. Это в основном прокариоты, то есть очень простые организмы, такие как бактерии и археи. Многие из них обитают в экстремальных местах, где обычная жизнь невозможна: на дне океана у горячих источников, в болотах с серой, в кислых водах шахт и даже в почве, где мало питательных веществ. Эти организмы очень важны для природы, потому что они делают неорганические соединения доступными для других живых существ.

Например, серобактерии берут энергию из сероводорода, который часто пахнет тухлыми яйцами. Они превращают его в серу или сульфаты, и эта энергия используется для создания необходимых веществ. Серобактерии очищают окружающую среду от сероводорода, особенно в местах, где мало кислорода, например, в болотах или на морском дне. Железобактерии, в свою очередь, получают энергию, окисляя железо. Они превращают его из растворимой формы в нерастворимую, которая оседает в виде ржавчины. Эти бактерии важны в подземных водах и болотах, где много железа, а также помогают формироваться залежам железной руды.

Еще одна важная группа – это нитрифицирующие бактерии, которые играют ключевую роль в круговороте азота. Они превращают аммиак, который образуется при разложении органических остатков, сначала в нитриты, а затем в нитраты. Эти процессы важны для питания растений, поскольку именно из нитратов они получают азот, необходимый для роста. Нитрифицирующие бактерии живут в почве и водоемах, в тех местах, где разлагается органика, и делают азот доступным для растений, помогая поддерживать жизнь на нашей планете.

Водородные бактерии окисляют молекулярный водород (H₂) с участием кислорода или других акцепторов электронов. Этот процесс сопровождается выделением энергии, используемой для синтеза органических веществ из углекислого газа. Такие бактерии встречаются в средах, богатых водородом, например, вблизи гидротермальных источников или в зонах разложения органического материала. Они играют важную роль в переработке водорода и поддержании баланса в экосистемах, где доступ к солнечному свету ограничен или отсутствует.

Все перечисленные организмы выполняют уникальные экологические функции. Они не только обеспечивают круговорот веществ в природе, но и поддерживают жизнь в условиях, где отсутствует солнечная энергия. Их деятельность способствует преобразованию неорганических соединений в органические формы, поддерживая биоразнообразие и устойчивость экосистем.

Экологическое значение хемосинтеза

Хемосинтез имеет огромное значение для биосферы, особенно в экосистемах, излучающих солнечный солнечный свет.

1. Гидротермальные источники :
   В глубоководных регионах, где отсутствует солнечный свет, жизнь основана на хемосинтетиках. Эти решения обеспечивают основу энергетических цепей, обеспечение безопасности сложных экосистем.

2. Почвенные экосистемы :
   Нитрифицирующие бактерии участвуют в азотном цикле, превращая аммиак в нитраты, которые затем используются растениями.

3. Стабилизация биогеохимических циклов :
   Хемосинтезирующие организмы обеспечивают круговорот серы, азота и железа в природе, поддерживая устойчивость экосистемы.

Заключение

Хемосинтез – это уникальный способ получения энергии, обеспечивающий существование в условиях, где фотосинтез невозможен. Этот процесс играет ключевую роль в экосистемах, от глубоководных гидротермальных источников до земли, влияя на глобальные циклы веществ и поддерживая биоразнообразование.