Як влаштовані і здійснюють процеси життєдіяльності бактерії, хемосинтезіруючи різні речовини? Щоб відповісти на ці питання, необхідно розібратися з цілим поряд біологічних понять.

Характерні риси бактерій

Спочатку з'ясуємо, хто ж такі бактерії. Це ціле Царство живої природи. Вони являють собою одноклітинні організми мікроскопічних розмірів, які позбавлені ядра. Але це не означає, що у бактерій взагалі немає структур, що відповідають за передачу спадкової інформації. Вона просто має більш примітивну організацію. Це кільцеві молекули ДНК, які зосереджені в певній частині цитоплазми, званої нуклеоидом.

Суть автотрофного живлення

Хемосинтезіруючи бактерії, приклади яких будуть розглянуті в нашій статті, самостійно виробляють органічні речовини. Вони є автотрофами, подібно рослинам. Однак останні використовують для цього енергію сонячного світла. Наявність зелених пластид хлоропластів дозволяє їм здійснювати процес фотосинтезу. Його суть полягає в утворенні вуглеводів глюкози з неорганічних речовин - води і вуглекислого газу. Ще одним продуктом даної хімічної реакції є кисень. Бактерії також є автотрофами. Але для отримання енергії їм не потрібне сонячне світло. Вони здійснюють інший процес - хемосинтез.

Що таке хемосинтез

Хемосинтезом називають процес утворення органічних речовин за рахунок протікання окислювально-відновних реакцій. Його в природі здійснюють тільки прокаріоти. Хемосинтезіруючи бактерії можуть використовувати для синтезу органічних речовин сполуки сірки, азоту та заліза. При цьому виділяється енергія, яка акумулюється у зв'язках АТФ, після чого може використовуватися клітинами бактерій.

Бактерії хемосинтезіруючи: середовище

Оскільки життя хемотрофов не залежить від наявності сонячного світла, ареал їх поширення досить широкий. Приміром, сіробактерії можуть жити на великих глибинах, іноді будучи там єдиними представниками живих істот. Середовищем існування даних прокаріотів найчастіше є грунт, стічні води і субстрати, багаті певними хімічними сполуками.

Залізобактерії

До хемосинтезирующим бактеріям відносять прокаріотів, змінюють склад сполук заліза. Вони були відкриті видатним російським мікробіологом Сергієм Миколайовичем Виноградським в 1950 році. Цей вид бактерій в ході реакції окислення змінює ступінь окислення заліза, роблячи його трехвалентним. Вони мешкають в прісних та солоних водоймах. У природі вони здійснюють кругообіг заліза в природі, а в промисловості використовуються для виробництва чистої міді. Цей вид бактерій також відноситься до литоавтотрофам, здатним синтезувати з улекислоти деякі елементи своєї клітки.

Серобактериии

Бактерії, хемосинтезіруючи речовини сполук сірки, можуть існувати окремо на дні водойм або утворювати симбіоз з молюсками і морськими безхребетними. В якості джерела окислення вони використовують сірководень, сульфіди, тионовие кислоти або молекулярну сірку. Цей вид бактерій був головним об'єктом при відкритті та вивченні процесу хемосинтезу. До цієї групи прокаріотів відносять і деяких фототрофних прокаріотів. Наприклад, таких як пурпурні або зелені сіробактерії.

Нитрифицирующие бактерії

На коренях бобових рослин оселяються нитрифицирущие бактерії. Хемосинтезіруючи прокаріоти цієї групи окислюють аміак до азотної кислоти. Ця реакція здійснюється у кілька етапів з утворенням проміжних речовин. У грунті знаходяться також азотофіксуючі бактерії. Вони поселяються на коренях бобових рослин. Проникаючи в тканини підземного органу, вони утворюють характерні потовщення. Всередині таких утворень створюється сприятливе середовище для протікання хемосинтезу. Симбіоз рослин із бульбочковими бактеріями є взаємовигідним. Перші забезпечують прокаріотів органікою, отриманої в ході фотосинтезу. Бактерії здатні фіксувати атмосферний азот і переводити його у форму, доступну для рослин. Чому даний процес має таке важливе значення? Адже в атмосфері концентрація азоту достатня велика і складає 78%. Але в такому вигляді рослини не можуть засвоювати цю речовину. А азот необхідний рослинам для розвитку кореневої системи. У цій ситуації на допомогу і приходять бульбочкові бактерії, які перетворюють його в нітратну та амонійну форму.

Тионовие бактерії

Хемосинтезирующими бактеріями є і тионовие прокаріоти. Їх джерелом енергії служать різні сполуки сірки. Цей вид бактерій відновлює їх до сірчаної кислоти. Ця реакція супроводжується значним зниженням водневого показника середовища. Тионовие бактерії входять в групу ацидофилов. До них належать організми, здатні виживати в умовах підвищеної кислотності. Такі умови характерні для боліт. Разом з тиановими цю групу складають молочно - і оцтовокислі бактерії, жгутіконосци і коловертки.

Водневі бактерії

Ці види прокаріотів є ґрунтовими мешканцями. Вони окислюють молекулярний водень до води з виділенням енергії. Такі бактерії також входять у групу термофилов. Це значить, що вони здатні зберігати життєздатність при високих температурах, показник яких можетдо стигать 50 градусів за шкалою Цельсія. Ця здатність водневих бактерій зумовлена тим, що вони виділяють спеціальні ферменти, що функціонують навіть у таких умовах.

Роль хемосинтезуючих бактерій

Хемотрофи відіграють головну роль у складних процесах перетворення і кругообігу відповідних хімічних речовин у природі. Оскільки сірководень і аміак є досить токсичними речовинами, існує необхідність у їх нейтралізації. Це також здійснюють хемотрофние бактерії. В ході хімічних перетворень утворюються речовини, необхідні іншим організмам, що робить можливим їх нормальний ріст і розвиток. Великі родовища руд заліза і марганцю на дні морів і боліт виникають завдяки діяльності хемотрофов. А саме - залізобактерій. Людина навчилася використовувати унікальні властивості хемотрофов і в своїй діяльності. Приміром, з допомогою серобактерий очищають стічні води від сірководню, захищають металеві та бетонні труби від корозії, а ґрунту від закислення. Отже, бактерії хемосинтезіруючи є особливими прокариотами, здатними здійснювати відповідні хімічні реакції в анаеробних умовах. Ці організми окисляють речовини. Енергію, яка при цьому виділяється, вони спочатку запасають у зв'язках АТФ, а потім використовують для здійснення процесів життєдіяльності. Основними з них є залізо- , сіро - і азотофіксуючі бактерії. Вони мешкають як у водному, так і в грунтової середовищі. Хемотрофи є незамінною ланкою в кругообігу речовин, забезпечують живі організми необхідними речовинами і широко використовуються людиною в його господарської та промислової діяльності.