Kjemosyntese Definisjon og eksempler

Kjemosyntese er omdannelsen av karbonforbindelser og andre molekyler til organiske forbindelser. I denne biokjemiske reaksjonen er metan eller en uorganisk forbindelse, for eksempel hydrogensulfid eller hydrogengass oksydert å fungere som energikilden. I kontrast, energikilden for fotosyntese (settet med reaksjoner som karbondioksid og vann omdannes til glukose og oksygen) bruker energi fra sollys for å drive prosessen.

Ideen om at mikroorganismer kunne leve på uorganiske forbindelser ble foreslått av Sergei Nikolaevich Vinogradnsii (Winogradsky) i 1890, basert på forskning utført på bakterier som så ut til å leve av nitrogen, jern eller svovel. Hypotesen ble validert i 1977 da den dypt hav nedsenkbare Alvin observerte rørormer og annet liv rundt seg hydrotermiske ventilasjonsåpninger ved Galapagos Rift. Harvard-studenten Colleen Cavanaugh foreslo og bekreftet senere at rørormene overlevde på grunn av deres forhold til kjemosyntetiske bakterier. Den offisielle oppdagelsen av kjemosyntese er godskrevet Cavanaugh.

Organismer som oppnår energi ved oksidasjon av elektrondonorer kalles kjemotrofer. Hvis molekylene er organiske, kalles organismene kjemoorganotrofer. Hvis molekylene er uorganiske, er organismene betegnelser kjemolitotrofer. I kontrast kalles organismer som bruker solenergi fototrofer.

Chemoautotrophs henter sin energi fra kjemiske reaksjoner og syntetiserer organiske forbindelser fra karbondioksid. Energikilden for kjemosyntese kan være elementært svovel, hydrogensulfid, molekylært hydrogen, ammoniakk, mangan eller jern. Eksempler på kjemoautotrofer inkluderer bakterier og metanogen archaea som lever i dyphavsventiler. Ordet "kjemosyntese" ble opprinnelig myntet av Wilhelm Pfeffer i 1897 for å beskrive energiproduksjon ved oksidasjon av uorganiske molekyler ved autotrofer (chemolithoautotrophy). Under den moderne definisjonen beskriver kjemosyntese også energiproduksjon via kjemoorganoautotrofi.

Chemoheterotrophs kan ikke fikse karbon til å danne organiske forbindelser. I stedet kan de bruke uorganiske energikilder, som svovel (chemolithoheterotrophs) eller organiske energikilder, for eksempel proteiner, karbohydrater og lipider (chemoorganoheterotrophs).

Kjemosyntese er blitt påvist i hydrotermiske ventilasjonsåpninger, isolerte huler, metanklathrater, hvalfall og forkjølelse siver. Det er blitt antatt at prosessen kan tillate liv under overflaten av Mars og Jupiters måne Europa. så vel som andre steder i solsystemet. Kjemosyntese kan forekomme i nærvær av oksygen, men det er ikke nødvendig.

I tillegg til bakterie og archaea, er noen større organismer avhengige av kjemosyntese. Et godt eksempel er den gigantiske rørormen som finnes i store mengder rundt dype hydrotermiske ventilasjonsåpninger. Hver orm inneholder kjemosyntetiske bakterier i et organ som kalles et trofosom. Bakteriene oksiderer svovel fra ormens miljø for å produsere næringen dyret trenger. Ved å bruke hydrogensulfid som energikilde er reaksjonen for kjemosyntese:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

Dette er omtrent som reaksjonen på å produsere karbohydrat via fotosyntese, unntatt fotosyntese frigjør oksygengass, mens kjemosyntese gir fast svovel. De gule svovelgranulatene er synlige i cytoplasmaet til bakterier som utfører reaksjonen.

Et annet eksempel på cellegift ble oppdaget i 2013 da det ble funnet bakterier som levde i basalt under havbunnen. Disse bakteriene var ikke assosiert med en hydrotermisk ventilasjon. Det har blitt antydet at bakteriene bruker hydrogen fra reduksjon av mineraler i sjøvann som bader bergarten. Bakteriene kan reagere hydrogen og karbondioksid for å produsere metan.

Mens uttrykket "kjemosyntese" oftest brukes på biologiske systemer, kan det brukes mer generelt for å beskrive enhver form for kjemisk syntese som fremkalles ved tilfeldig termisk bevegelse av reagenser. I kontrast kalles mekanisk manipulering av molekyler for å kontrollere deres reaksjon "mekanosyntese". Både cellegift og mekanosyntese har potensial til å konstruere komplekse forbindelser, inkludert nye molekyler og organiske molekyler.

• Campbell, Neil A., et al. Biologi. 8. utg., Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. og Ann P. Tre. “The Chemolithotrophic Prokaryotes.” Prokaryotene, redigert av Martin Dworkin, et al., 2006, pp. 441-456.
• Schlegel, H.G. "Mechanisations of Chemo-Autotrophy." Marine økologi: en omfattende, integrert avhandling om livet i hav og kystfarvann, redigert av Otto Kinne, Wiley, 1975, pp. 9-60.
• Somero, Gn. “Symbiotisk utnyttelse av hydrogensulfid.” fysiologi, vol. 2, nei. 1, 1987, pp. 3-6.