У нашій статті ми розглянемо, у яких організмів відбувається хемосинтез. Це один із способів харчування живих організмів, який зустрічається в природі у деяких бактерій.

Способи живлення організмів

Щоб розібратися, що таке хемосинтез, необхідно спочатку згадати, які способи живлення використовують різні організми. За цією ознакою розрізняють дві групи істот: гетеро - і автотрофи. Перші здатні харчуватися тільки готовими органічними речовинами. Білки, жири і вуглеводи вони поглинають і перетворюють за допомогою спеціалізованих вакуолей або органів травної системи. Гетеротрофами є тварини, гриби, деякі бактерії.

Види автотрофов

Автотрофние організми самі синтезують органічні речовини, які в подальшому використовують для здійснення різних процесів життєдіяльності. Залежно від джерела енергії, яка при цьому використовується, розрізняють ще дві групи організмів. Це фото - і хемотрофи. Представниками першої з них є рослини. Вони синтезують вуглевод в глюкозу в ході фотосинтезу. Цей процес відбувається тільки в зелених пластидах хлоропластах при наявності сонячного світла, води та вуглекислого газу. Хемотрофами є деякі бактерії. Для синтезу органіки їм необхідні різні хімічні сполуки, які вони окислюють. Подібності фотосинтезу і хемосинтезу полягають у здатності організмів самостійно утворювати необхідні їм речовини, отримуючи з навколишнього середовища вуглець, воду і мінеральні солі.

Хемосинтез: визначення поняття та історія відкриття

Давайте розберемося детальніше. Що таке хемосинтез? Це один із способів автотрофного живлення, при якому відбувається процес окислення мінеральних сполук для синтезу органічних. Тепер з'ясуємо, у яких організмів відбувається хемосинтез. Такою унікальною здатністю в природі володіють лише деякі види прокаріотів. Цей процес був відкритий в кінці 19 століття російським мікробіологом Сергієм Миколайовичем Виноградським. Працюючи в страсбурзькій лабораторії Антона де Барі, він здійснив досвід по отриманню енергії за рахунок окислення сірки. Організми, які здатні здійснювати цей хімічний процес, він назвав аноргоксидантами. У ході своїх досліджень вченому вдалося відкрити і азотофіксуючі бактерії. До відкриття процесу хемосинтезу до автотрофним організмам відносили тільки фотосинтезирующие рослини і синьо-зелені водорості.

Відмінності та подібності фотосинтезу і хемосинтезу

Обидва види автотрофного харчування являють собою пластичний обмін, або асиміляцію. Це означає, що в ході цих процесів відбувається утворення органічних речовин та газообмін. При цьому вихідними реагентами є мінеральні сполуки. Фото - і хемосинтез є шляхами здійснення кругообігу речовин у біосфері. Всі види автотрофов забезпечують необхідними для життєдіяльності умовами не тільки себе, але й інші організми. Приміром, в ході фотосинтезу виділяється кисень. Він необхідний всьому живому для дихання. А хемотрофние нитрифицирующие бактерії перетворюють атмосферний азот в стан, в якому він може засвоюватися рослинами.
Але між даними типами живлення є і ряд відмінностей. Хемосинтез відбувається в бактеріальних клітинах, які не містять зеленого пігменту хлорофілу. Причому для окислення вони використовують з'єднання тільки деяких речовин: сірки, азоту, водню або заліза. Особливо важливий цей спосіб живлення в тих місцях, де сонячне світло недоступний. Так, на великій глибині можуть жити тільки хемотрофи. Для процесу фотосинтезу обов'язковою умовою є сонячна енергія. Причому у рослин даний процес відбувається тільки в спеціалізованих клітинах, що містять зелений пігмент хлорофіл. Ще однією обов'язковою умовою фототрофного живлення є наявність вуглекислого газу.

Залізобактерії

Що таке хемосинтез, можна розглянути на прикладі бактерій, які перетворять сполуки заліза. Їх відкриття також належить С. Н. Виноградському. У природі вони широко поширені в прісних та солоних водоймах. Суть їх хемосинтезу полягає в зміні валентності заліза з двох до трьох. При цьому виділяється невелика кількість енергії. Тому железобактериям доводиться здійснювати цей процес дуже інтенсивно. Оскільки бактерії є одними з найдавніших організмів, у результаті їх життєдіяльності на планеті утворилися великі поклади залізних і марганцевих руд. У промисловості дані прокаріоти використовують для одержання чистої міді.

Сіробактерії

Дані прокаріоти відновлюють сполуки сірки. На дослідженні саме цих організмів був відкритий процес хемосинтезу. Для окислення цей вид бактерій, що використовують сірководень, сульфіди, сульфати, политионати та інші речовини. А деякі прокаріоти цієї групи в ході хемосинтезу накопичують елементарну сірку. Це може відбуватися як у клітинах, так і поза ними. Ця здатність використовується у вирішенні проблеми додаткової аерації і закислення ґрунтів. Природним середовищем проживання серобактерий є прісні та солоні водойми. Відомі випадки утворення симбиозов цих організмів з трубчастими черв'яками і молюсками, які живуть у мулі і придонній зоні.

Азотофіксуючі бактерії

Важливе значення хемосинтезу у природі багато в чому визначається і діяльністю азотфіксуючих прокаріотів. Більшість з них живуть на коренях бобових і злакових рослин. Їх співжиття є взаємовигідним. Рослини забезпечують прокаріоти вуглеводами, які були синтезовані в ході фотосинтезу. А бактерії продукують азот, необхідний для повноцінного розвитку кореневої системи. До відкриття цінних властивостей цього виду вважалося, що унікальною здатністю володіють листя бобових. Пізніше з'ясувалося, що рослини безпосередньо не беруть участь у процесі азотфіксації, а процес здійснюють бактерії, що мешкають в їх коренях. Цей вид прокаріотів здійснює два види хімічних реакцій. В результаті першої відбувається перетворення аміаку в нітрати. Розчини цих речовин надходять у рослину з допомогою кореневої системи. Такі бактерії називаються нитрифицирующими. Інша група подібних прокаріотів перетворює нітрати в газоподібний азот. Вони називаються денитрификаторами. В результаті їх сукупної діяльності відбувається безперервний кругообіг цього хімічного елемента в природі. Азотофіксуючі бактерії проникають у коріння рослин в місцях ушкодження покривних тканин або через волоски зони всмоктування. Опинившись всередині, прокариотические клітини починають активно ділитися, внаслідок чого утворюються численні випинання. Їх видно неозброєним оком. Людина використовує властивість азотфіксуючих бактерій для забезпечення ґрунту природними нітратами, що призводить до підвищення врожайності.

Природа і хемосинтез

Роль хемосинтезу в природі складно переоцінити. Процес окислення неорганічних сполук у природі є важливою складовою загального кругообігу речовин у біосфері. Відносна незалежність хемотрофов від енергії сонячного світла робить їх єдиними мешканцями глибоководних западин і рифтових зон океану. Аміак і сірководень, які переробляються даними прокариотами, є отруйними речовинами. В цьому випадку значення хемосинтезу полягає в нейтралізації даних сполук. В науці відомий такий термін, як "підземна біосфера". Її формують виключно організми, яким для життя не потрібні ні світло, ні кисень. Цим унікальним властивістю володіють анаеробні бактерії. Отже, у статті ми розібралися, що таке хемосинтез. Суть цього процесу полягає в окисленні неорганічних сполук. Хемосинтезирующими організмами є деякі види прокаріотів: сіро-, залізобактерії і азотофіксуючі.