איך מסודרים ומתבצעים תהליכי החיים של חיידקים המייצרים כימו-סינתזה של חומרים שונים? כדי לענות על שאלות אלו, עליך להבין מספר מושגים ביולוגיים.
מאפיינים אופייניים של חיידקים
ראשית, בואו נגלה מי הם החיידקים. זו כל ממלכת חיות הבר. הם אורגניזמים חד-תאיים בגודל מיקרוסקופי שחסר להם גרעין. אבל זה לא אומר שלחיידקים אין בדרך כלל מבנים האחראים להעברת מידע תורשתי. יש לו רק ארגון פרימיטיבי יותר. אלו הן מולקולות DNA מעגליות המרוכזות בחלק ספציפי של הציטופלזמה הנקרא נוקלואיד.
מהות התזונה האוטוטרופית
חיידקים כימוסינתטיים, שדוגמאות שלהם יידונו במאמר שלנו, מייצרים באופן עצמאי חומרים אורגניים. הם אוטוטרופים, כמו צמחים. עם זאת, האחרונים משתמשים באנרגיה של אור השמש לשם כך. נוכחותם של פלסטידים ירוקים של כלורופלסטים מאפשרת להם לבצע את תהליך הפוטוסינתזה. המהות שלה טמונה ביצירת פחמימות גלוקוז מחומרים אנאורגניים - מים ופחמן דו חמצני. תוצר נוסף של תגובה כימית זו הוא חמצן. חיידקים הם גם אוטוטרופים. אבל הם לא צריכים אור שמש כדי לקבל אנרגיה. הם מבצעים תהליך אחר - כימוסינתזה.
מהי כימוסינתזה
כימוסינתזה הוא תהליך היווצרות של חומרים אורגניים עקב התרחשות של תגובות חיזור. זה מתבצע בטבע רק על ידי פרוקריוטים. חיידקים כימוסינתטיים יכולים להשתמש בתרכובות גופרית, חנקן וברזל כדי לסנתז חומרים אורגניים. זה משחרר אנרגיה, אשר נצברת לראשונה בקשרי ATP, ולאחר מכן ניתן להשתמש בה על ידי תאי חיידקים.
חיידקים כימו-סינתטיים: בית גידול
מכיוון שחייהם של הכימוטרופים אינם תלויים בנוכחות אור השמש, אזור התפוצה שלהם רחב למדי. לדוגמה, חיידקי גופרית יכולים לחיות בעומקים גדולים, לפעמים הם הנציגים היחידים של יצורים חיים שם. בית הגידול של פרוקריוטים אלה הוא לרוב אדמה, מי שפכים ומצעים עשירים בתרכובות כימיות מסוימות.
חיידקי ברזל
חיידקים כימוסינתטיים כוללים פרוקריוטים המשנים את הרכב תרכובות הברזל. הם התגלו על ידי המיקרוביולוג הרוסי המצטיין סרגיי ניקולאביץ' וינוגרדסקי ב-1950. סוג זה של חיידקים במהלך תגובת החמצון משנה את מצב החמצון של הברזל, מה שהופך אותו לטריוולנטי. הם חיים במים מתוקים ומלוחים. בטבע הם מבצעים את מחזור הברזל פנימההטבע, ובתעשייה משמשים לייצור נחושת טהורה. סוג זה של חיידקים שייך גם ל-lithoautotrophs, המסוגלים לסנתז כמה אלמנטים מהתאים שלהם מחומצה פחמנית.
חיידקי גופרית
חיידקים, חומרים המסינתזים כימי מתרכובות גופרית, יכולים להתקיים בנפרד בתחתית מקווי מים או ליצור סימביוזה עם רכיכות וחסרי חוליות ימיים. הם משתמשים במימן גופרתי, סולפידים, חומצות תיוניות או גופרית מולקולרית כמקור החמצון. סוג זה של חיידקים היה האובייקט העיקרי בגילוי וחקר תהליך הכימוסינתזה. קבוצה זו של פרוקריוטים כוללת גם כמה פרוקריוטים פוטטרופיים. לדוגמה, כגון חיידקי גופרית סגולים או ירוקים.
חיידקים מחנקים
חיידקים מחנקים מתיישבים על שורשי צמחי הקטניות. פרוקריוטים כימוסינתטיים מקבוצה זו מחמצנים אמוניה לחומצה חנקתית. תגובה זו מתבצעת במספר שלבים עם היווצרות חומרי ביניים. ישנם גם חיידקים מקבעי חנקן באדמה. הם חיים על שורשי צמחי קטניות. חודרים לתוך הרקמות של האיבר התת-קרקעי, הם יוצרים עיבויים אופייניים. בתוך תצורות כאלה נוצרת סביבה נוחה לזרימת כימוסינתזה. הסימביוזה של צמחים עם חיידקי גושים מועילה הדדית. הראשונים מספקים לפרוקריוטים חומר אורגני המתקבל במהלך הפוטוסינתזה. חיידקים, לעומת זאת, מסוגלים לקבע חנקן אטמוספרי ולהמיר אותו לצורה נגישה לצמחים.
למה התהליך הזה כל כך חשוב? ואכן, באטמוספרה ריכוז החנקן גבוה למדי ומסתכם ב-78%. אבל בצורה זו, צמחים לא יכולים לספוג את החומר הזה. צמחים זקוקים לחנקן להתפתחות השורשים. במצב זה נחלצים לעזרה חיידקי גושים שהופכים אותו לצורת חנקה ואמוניום.
חיידקי תיון
תיון פרוקריוטים הם גם חיידקים כימוסינתטיים. מקור האנרגיה שלהם הוא תרכובות גופרית שונות. סוג זה של חיידקים מפחית אותם לחומצה גופרתית. תגובה זו מלווה בירידה משמעותית ב-pH של המדיום. חיידקים תיונים שייכים לקבוצת האסידופילים. אלה כוללים אורגניזמים שיכולים לשרוד בתנאים של חומציות גבוהה. תנאים כאלה אופייניים לביצות. יחד עם ה-thianaceae, קבוצה זו מורכבת מחיידקי חומצה לקטית וחומצת אצטית, דגלים וצמחונים.
חיידקי מימן
סוגים אלה של פרוקריוטים הם תושבי אדמה. הם מחמצנים מימן מולקולרי למים עם שחרור אנרגיה. חיידקים כאלה נכללים גם בקבוצת התרמופילים. המשמעות היא שהם מסוגלים לשרוד בטמפרטורות גבוהות, שיכולות להגיע ל-50 מעלות צלזיוס. יכולת זו של חיידקי מימן נובעת מכך שהם מפרישים אנזימים מיוחדים שמתפקדים גם בתנאים כאלה.
תפקידחיידקים כימוסינתטיים
כימוטרופים ממלאים תפקיד מרכזי בתהליכים המורכבים של טרנספורמציה ומחזור של הכימיקלים התואמים בטבע. מכיוון שמימן גופרתי ואמוניה הם חומרים רעילים למדי, יש צורך לנטרל אותם. זה מתבצע גם על ידי חיידקים כימוטרופיים. במהלך טרנספורמציות כימיות נוצרים חומרים הדרושים לאורגניזמים אחרים, מה שמאפשר את הצמיחה וההתפתחות התקינה שלהם. מרבצים גדולים של עפרות ברזל ומנגן בקרקעית הים והביצות נוצרים עקב פעילות הכימוטרופים. כלומר, חיידקי ברזל.
האדם למד להשתמש בתכונות הייחודיות של הכימוטרופים בפעילותם. לדוגמה, בעזרת חיידקי גופרית הם מנקים שפכים ממימן גופרתי, מגנים על צינורות מתכת ובטון מפני קורוזיה וקרקעות מפני החמצה.
אז, חיידקים כימוסינתטיים הם פרוקריוטים מיוחדים המסוגלים לבצע תגובות כימיות מתאימות בתנאים אנאירוביים. אורגניזמים אלה מחמצנים חומרים. האנרגיה שמשתחררת במקרה זה נאחסנת תחילה בקשרי ATP, ולאחר מכן משמשת לביצוע תהליכי חיים. העיקריים שבהם הם חיידקים הקובעים ברזל, גופרית וחנקן. הם חיים בסביבות מים וקרקע כאחד. כימוטרופים הם חוליה הכרחית במחזור החומרים, מספקים לאורגניזמים חיים את החומרים הדרושים ונמצאים בשימוש נרחב על ידי בני אדם בפעילותם הכלכלית והתעשייתית.
