Поміркуйте

Звідки яким особливостям бактерії змогли опанувати різні способи отримання енергії?

Згадайте

• Чому вирощування бобових рослин підвищує родючість ґрунтів?

• Звідки рослини беруть енергію для процесу фотосинтезу?

Основні принципи й різновиди хемосинтезу

Хемосинтезом називають процес утворення органічних речовин із неорганічних, який відбувається за рахунок енергії хімічних реакцій. Це реакції окиснення, які відбуваються у клітинах прокаріотичних організмів.

Для одержання енергії хемосинтезуючі організми можуть використовувати реакції окиснення водню або сполук Нітрогену, Феруму чи Сульфуру. Частина енергії, вивільненої під час окиснення, використовується для утворення АТФ. Хемосинтезуючі організми поділяють на групи за хімічними реакціями, які вони здійснюють.

Хемосинтезуючі мікроорганізми

Нітрифікуючі бактерії окиснюють амоніак та його сполуки до нітритів і нітратів. Зазвичай цей процес здійснюють два види бактерій. Перший окиснює амоніак до нітритів, а другий — нітрити до нітратів. Обидві групи бактерій перетворюють амоніак та його солі, що утворилися внаслідок розпаду органічних сполук, у легкодоступну для рослин форму. Очевидно, що здійснення цих реакцій потребує кисню. Тому для підвищення родючості ґрунту застосовують його розпушення.

Залізобактерії здійснюють окиснення Fe²⁺до Fe³+. Унаслідок їхньої діяльності утворюється ферум(Ш) оксид Fe₂O₃. Цю сполуку бактерії відкладають у своїй слизовій капсулі (мал. 16.1).

Сіркобактерії окиснюють сірководень до сірки і далі до солей сульфатної кислоти. Сіркобактерії можуть жити в океанах на величезній глибині, у тих місцях, де з розломів земної кори у воду виходить сірководень (мал. 16.2). Колосальна кількість сіркобактерій існує в Чорному морі, де на глибинах понад 200 м вода насичена сірководнем.

Тіонові бактерії окиснюють відновлені сполуки Сульфу-ру та двовалентного Феруму до сульфатної кислоти. Деякі представники тіонових бактерій здатні виживати й розмножуватися за екстремальних концентрацій кислоти (pH = 2). Більшість із них є аеробами.

Хемосинтезуючі мікроорганізми

Водневі бактерії використовують водень, який утворюється внаслідок розкладання залишків організмів іншими бактеріями. Цей водень вони окиснюють, а отриману енергію використовують для перетворення CO₂ на метан та інші органічні сполуки. Більш докладно про хемосинтезуючі організми див. у таблиці.

Біологічне значення і планетарна роль хемосинтезу

Органічна продукція хемосинтезу становить менше 1 % від фотосинтезу, проте він має величезне значення для біологічних і геохімічних процесів на Землі. Основне значення хемосинтезу полягає в тому, що він забезпечує колообіг найважливіших елементів зі змінним ступенем окиснення: Феруму, Сульфуру, Нітрогену та інших.

Хемосинтезуючі організми продукують органічні речовини там, де фотосинтез неможливий. Так, глибоко на дні океанів існують справжні «оази життя» навколо «чорних паліїв». «Чорні палії» — це підводні гарячі джерела, вода яких насичена сполуками Сульфуру. Сіркобактерії використовують ці сполуки для свого росту. А ними живляться інші живі організми.

Поблизу «чорних паліїв» мешкають гігантські черви по-гонофори, які вступають у симбіотичні відносини із сіркобактеріями. У дорослих червів немає сформованого травного тракту. Його залишки утворюють орган, населений сіркобактеріями. Ці бактерії синтезують органічні речовини, якими живляться черви. Натомість кров черва постачає бактеріям сірководень і кисень для реакцій окиснення.

Залізобактерії стали справжніми творцями корисних копалин. Більшість покладів залізних руд утворилося завдяки мільйонам років діяльності цих мікроорганізмів. А водневі бактерії живуть у ґрунтах і відіграють важливу роль у процесах перетворення речовин, які там відбуваються.

Дізнайтеся більше

Хемотрофи відіграють величезну роль у круговороті речовин, зокрема азоту, та підтримують родючість ґрунтів. Окрім того, завдяки роботі бак-терій-хемосинтетиків у природі накопичуються числені запаси руди й селітри.

Сергій Миколайович Виноградський (1856-1953), український мікробіолог, який відкрив нітрифікуючі бактерії, що мешкають у середовищі із солями амонію за відсутності органічних речовин. Він довів, що деякі види бактерій здатні утворювати органічні речовини за рахунок хімічної енергії, що вивільняється під час окиснення.

Ключова ідея

Хемосинтезом називають процес утворення органічних речовин із неорганічних, який відбувається за рахунок енергії хімічних реакцій. Хемосинтезуючі організми поділяють на групи за тими реакціями, які вони використовують. Для одержання енергії мікроорганізми можуть використовувати реакції окиснення водню або сполук Нітрогену, Феруму чи Сульфуру.

Перевірте свої знання

1. Що таке хемосинтез? 2. Яке значення в природі має хемосинтез? 3. Порівняйте між собою процеси хемосинтезу й фотосинтезу. 4. Яке значення має хемосинтез для людини? 5*. Чому хемосинтез менш поширений серед живих організмів, ніж фотосинтез?

Це матеріал з підручника "Біологія 9 клас Задорожний" (поглиблений рівень)