Πώς οργανώνονται και πραγματοποιούνται οι διαδικασίες ζωής των βακτηρίων που συνθέτουν διάφορες ουσίες; Για να απαντήσετε σε αυτές τις ερωτήσεις, πρέπει να κατανοήσετε μια σειρά από βιολογικές έννοιες.
Χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά των βακτηρίων
Αρχικά, ας μάθουμε ποια είναι τα βακτήρια. Αυτό είναι ολόκληρο το βασίλειο της άγριας ζωής. Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί μικροσκοπικού μεγέθους που στερούνται πυρήνα. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι τα βακτήρια γενικά δεν έχουν δομές υπεύθυνες για τη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών. Απλώς έχει μια πιο πρωτόγονη οργάνωση. Αυτά είναι κυκλικά μόρια DNA που είναι συγκεντρωμένα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυτταροπλάσματος που ονομάζεται νουκλεοειδές.
Η ουσία της αυτότροφης διατροφής
Τα χημειοσυνθετικά βακτήρια, παραδείγματα των οποίων θα συζητηθούν στο άρθρο μας, παράγουν ανεξάρτητα οργανικές ουσίες. Είναι αυτότροφα, όπως τα φυτά. Ωστόσο, οι τελευταίοι χρησιμοποιούν την ενέργεια του ηλιακού φωτός για αυτό. Η παρουσία πράσινων πλαστιδίων των χλωροπλαστών τους επιτρέπει να πραγματοποιήσουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η ουσία του έγκειται στον σχηματισμό υδατανθράκων γλυκόζης απόανόργανες ουσίες - νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Ένα άλλο προϊόν αυτής της χημικής αντίδρασης είναι το οξυγόνο. Τα βακτήρια είναι επίσης αυτότροφα. Αλλά δεν χρειάζονται το φως του ήλιου για να πάρουν ενέργεια. Πραγματοποιούν μια διαφορετική διαδικασία - χημειοσύνθεση.
Τι είναι η χημειοσύνθεση
Η χημειοσύνθεση είναι η διαδικασία σχηματισμού οργανικών ουσιών λόγω της εμφάνισης αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Εκτελείται στη φύση μόνο από προκαρυώτες. Τα χημειοσυνθετικά βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν ενώσεις θείου, αζώτου και σιδήρου για να συνθέσουν οργανικές ουσίες. Αυτό απελευθερώνει ενέργεια, η οποία αρχικά συσσωρεύεται σε δεσμούς ATP, μετά την οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από βακτηριακά κύτταρα.
Χημειοσυνθετικά βακτήρια: βιότοπος
Δεδομένου ότι η ζωή των χημειοτροφικών δεν εξαρτάται από την παρουσία του ηλιακού φωτός, η περιοχή κατανομής τους είναι αρκετά μεγάλη. Για παράδειγμα, τα βακτήρια του θείου μπορούν να ζουν σε μεγάλα βάθη, μερικές φορές είναι οι μόνοι εκπρόσωποι των ζωντανών όντων εκεί. Ο βιότοπος αυτών των προκαρυωτικών είναι συνήθως το έδαφος, τα λύματα και τα υποστρώματα πλούσια σε ορισμένες χημικές ενώσεις.
Βακτήρια σιδήρου
Τα χημειοσυνθετικά βακτήρια περιλαμβάνουν προκαρυώτες που αλλάζουν τη σύνθεση των ενώσεων του σιδήρου. Ανακαλύφθηκαν από τον εξαιρετικό Ρώσο μικροβιολόγο Sergei Nikolaevich Vinogradsky το 1950. Αυτός ο τύπος βακτηρίων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης οξείδωσης αλλάζει την κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου, καθιστώντας τον τρισθενή. Ζουν σε γλυκά και αλμυρά νερά. Στη φύση, πραγματοποιούν τον κύκλο του σιδήρου μέσαφύση, και στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή καθαρού χαλκού. Αυτός ο τύπος βακτηρίων ανήκει επίσης σε λιθοαυτοτροφικά, ικανά να συνθέσουν ορισμένα στοιχεία των κυττάρων τους από ανθρακικό οξύ.
Βακτήρια θείου
Βακτήρια, ουσίες χημειοσυνθέσεως από ενώσεις θείου, μπορεί να υπάρχουν χωριστά στον πυθμένα των υδάτινων σωμάτων ή να σχηματίζουν συμβίωση με μαλάκια και θαλάσσια ασπόνδυλα. Χρησιμοποιούν υδρόθειο, σουλφίδια, θειονικά οξέα ή μοριακό θείο ως πηγή οξείδωσης. Αυτός ο τύπος βακτηρίων ήταν το κύριο αντικείμενο στην ανακάλυψη και μελέτη της διαδικασίας της χημειοσύνθεσης. Αυτή η ομάδα προκαρυωτικών περιλαμβάνει επίσης μερικούς φωτοτροφικούς προκαρυώτες. Για παράδειγμα, όπως μωβ ή πράσινα βακτήρια θείου.
Νιτροποιητικά βακτήρια
Νιτροποιητικά βακτήρια εγκαθίστανται στις ρίζες των ψυχανθών. Τα χημειοσυνθετικά προκαρυωτικά αυτής της ομάδας οξειδώνουν την αμμωνία σε νιτρικό οξύ. Αυτή η αντίδραση πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια με το σχηματισμό ενδιάμεσων ουσιών. Υπάρχουν επίσης βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο στο έδαφος. Ζουν στις ρίζες των ψυχανθών. Διεισδύοντας στους ιστούς του υπόγειου οργάνου, σχηματίζουν χαρακτηριστικές πυκνώσεις. Μέσα σε τέτοιους σχηματισμούς δημιουργείται ένα ευνοϊκό περιβάλλον για τη ροή της χημειοσύνθεσης. Η συμβίωση των φυτών με οζώδη βακτήρια είναι αμοιβαία επωφελής. Τα πρώτα παρέχουν στους προκαρυώτες οργανική ύλη που λαμβάνεται κατά τη φωτοσύνθεση. Τα βακτήρια, από την άλλη πλευρά, είναι σε θέση να σταθεροποιήσουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και να το μετατρέψουν σε μια μορφή προσβάσιμη σεφυτά.
Γιατί είναι τόσο σημαντική αυτή η διαδικασία; Πράγματι, στην ατμόσφαιρα, η συγκέντρωση του αζώτου είναι αρκετά υψηλή και ανέρχεται στο 78%. Αλλά σε αυτή τη μορφή, τα φυτά δεν μπορούν να απορροφήσουν αυτή την ουσία. Τα φυτά χρειάζονται άζωτο για την ανάπτυξη των ριζών. Σε αυτήν την περίπτωση, τα βακτήρια των οζιδίων έρχονται στη διάσωση, τα οποία τα μετατρέπουν σε μορφή νιτρικού και αμμωνίου.
Βακτήρια θείου
Οι προκαρυωτικοί θειόν είναι επίσης χημειοσυνθετικά βακτήρια. Η πηγή ενέργειας τους είναι διάφορες θειούχες ενώσεις. Αυτός ο τύπος βακτηρίων τα μειώνει σε θειικό οξύ. Η αντίδραση αυτή συνοδεύεται από σημαντική μείωση του pH του μέσου. Τα θειονικά βακτήρια ανήκουν στην ομάδα των οξεόφιλων. Αυτά περιλαμβάνουν οργανισμούς που μπορούν να επιβιώσουν σε συνθήκες υψηλής οξύτητας. Τέτοιες συνθήκες είναι χαρακτηριστικές για βάλτους. Μαζί με τα thianaceae, αυτή η ομάδα αποτελείται από βακτήρια γαλακτικού και οξικού οξέος, μαστιγωτές και rotifers.
Βακτήρια υδρογόνου
Αυτοί οι τύποι προκαρυωτών είναι κάτοικοι του εδάφους. Οξειδώνουν το μοριακό υδρογόνο σε νερό με την απελευθέρωση ενέργειας. Τέτοια βακτήρια περιλαμβάνονται επίσης στην ομάδα των θερμόφιλων. Αυτό σημαίνει ότι είναι σε θέση να επιβιώσουν σε υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες μπορούν να φτάσουν τους 50 βαθμούς Κελσίου. Αυτή η ικανότητα των βακτηρίων του υδρογόνου οφείλεται στο γεγονός ότι εκκρίνουν ειδικά ένζυμα που λειτουργούν ακόμη και σε τέτοιες συνθήκες.
Ρόλοςχημειοσυνθετικά βακτήρια
Τα χημειοτροφικά παίζουν σημαντικό ρόλο στις πολύπλοκες διαδικασίες μετασχηματισμού και κυκλοφορίας των αντίστοιχων χημικών ουσιών στη φύση. Δεδομένου ότι το υδρόθειο και η αμμωνία είναι αρκετά τοξικές ουσίες, υπάρχει ανάγκη εξουδετέρωσής τους. Αυτό πραγματοποιείται επίσης από χημειοτροφικά βακτήρια. Κατά τη διάρκεια των χημικών μετασχηματισμών, σχηματίζονται ουσίες απαραίτητες για άλλους οργανισμούς, γεγονός που καθιστά δυνατή την κανονική ανάπτυξη και ανάπτυξή τους. Μεγάλα κοιτάσματα μεταλλευμάτων σιδήρου και μαγγανίου στον πυθμένα των θαλασσών και των ελών προκύπτουν λόγω της δραστηριότητας των χημειοτροφών. Δηλαδή, βακτήρια σιδήρου.
Ο άνθρωπος έχει μάθει να χρησιμοποιεί τις μοναδικές ιδιότητες των χημειοτροφικών στις δραστηριότητές του. Για παράδειγμα, με τη βοήθεια βακτηρίων θείου καθαρίζουν τα λύματα από υδρόθειο, προστατεύουν τους μεταλλικούς και τσιμεντένιους σωλήνες από τη διάβρωση και τα εδάφη από την οξίνιση.
Έτσι, τα χημειοσυνθετικά βακτήρια είναι ειδικοί προκαρυώτες ικανοί να πραγματοποιούν κατάλληλες χημικές αντιδράσεις υπό αναερόβιες συνθήκες. Αυτοί οι οργανισμοί οξειδώνουν ουσίες. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση αποθηκεύεται πρώτα σε δεσμούς ATP και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή διεργασιών ζωής. Τα κυριότερα είναι τα βακτήρια που δεσμεύουν τον σίδηρο, το θείο και το άζωτο. Ζουν τόσο σε υδάτινα όσο και σε εδαφικά περιβάλλοντα. Τα χημειοτροφικά είναι ένας απαραίτητος κρίκος στον κύκλο των ουσιών, παρέχουν στους ζωντανούς οργανισμούς τις απαραίτητες ουσίες και χρησιμοποιούνται ευρέως από τον άνθρωπο στις οικονομικές και βιομηχανικές του δραστηριότητες.
