Kā tiek sakārtoti un veikti baktēriju dzīvības procesi, kas ķīmiski sintezē dažādas vielas? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, jums ir jāsaprot vairāki bioloģiskie jēdzieni.
Baktēriju raksturīgās pazīmes
Vispirms noskaidrosim, kas ir baktērijas. Šī ir visa savvaļas dzīvnieku valstība. Tie ir mikroskopiska izmēra vienšūnas organismi, kuriem trūkst kodola. Bet tas nenozīmē, ka baktērijām parasti nav struktūru, kas ir atbildīgas par iedzimtas informācijas pārraidi. Tam vienkārši ir primitīvāka organizācija. Tās ir apļveida DNS molekulas, kas ir koncentrētas noteiktā citoplazmas daļā, ko sauc par nukleoīdu.
Autotrofiskā uztura būtība
Ķīmiski sintētiskās baktērijas, kuru piemēri tiks apspriesti mūsu rakstā, neatkarīgi ražo organiskas vielas. Tie ir autotrofi, tāpat kā augi. Tomēr pēdējie šim nolūkam izmanto saules gaismas enerģiju. Hloroplastu zaļo plastidu klātbūtne ļauj tiem veikt fotosintēzes procesu. Tās būtība slēpjas glikozes ogļhidrātu veidošanā noneorganiskās vielas - ūdens un oglekļa dioksīds. Vēl viens šīs ķīmiskās reakcijas produkts ir skābeklis. Baktērijas ir arī autotrofi. Bet viņiem nav vajadzīga saules gaisma, lai iegūtu enerģiju. Viņi veic citu procesu - ķīmisko sintēzi.
Kas ir ķīmiskā sintēze
Ķīmosintēze ir organisko vielu veidošanās process, ko izraisa redoksreakciju rašanās. Dabā to veic tikai prokarioti. Ķīmisintētiskās baktērijas organisko vielu sintezēšanai var izmantot sēra, slāpekļa un dzelzs savienojumus. Tādējādi tiek atbrīvota enerģija, kas vispirms tiek uzkrāta ATP saitēs, un pēc tam to var izmantot baktēriju šūnas.
Ķīmisintētiskās baktērijas: biotops
Tā kā ķīmijtrofu dzīve nav atkarīga no saules gaismas klātbūtnes, to izplatības zona ir diezgan plaša. Piemēram, sēra baktērijas var dzīvot lielos dziļumos, dažkārt tur esot vienīgās dzīvo būtņu pārstāves. Šo prokariotu dzīvotne visbiežāk ir augsne, notekūdeņi un substrāti, kas bagāti ar noteiktiem ķīmiskiem savienojumiem.
Dzelzs baktērijas
Ķīmiski sintētiskās baktērijas ietver prokariotus, kas maina dzelzs savienojumu sastāvu. Tos atklāja izcilais krievu mikrobiologs Sergejs Nikolajevičs Vinogradskis 1950. gadā. Šāda veida baktērijas oksidācijas reakcijas laikā maina dzelzs oksidācijas stāvokli, padarot to trīsvērtīgu. Viņi dzīvo saldūdeņos un sālsūdeņos. Dabā viņi veic dzelzs cikludabā un rūpniecībā tiek izmantoti tīra vara ražošanai. Šis baktēriju veids pieder arī litoautotrofiem, kas spēj sintezēt dažus savu šūnu elementus no ogļskābes.
Sēra baktērijas
Baktērijas, ķīmiski sintezējošas vielas no sēra savienojumiem, var pastāvēt atsevišķi ūdenstilpju dibenā vai veidot simbiozi ar mīkstmiešiem un jūras bezmugurkaulniekiem. Viņi izmanto sērūdeņradi, sulfīdus, tionskābes vai molekulāro sēru kā oksidācijas avotu. Šāda veida baktērijas bija galvenais objekts ķīmiskās sintēzes procesa atklāšanā un izpētē. Šajā prokariotu grupā ietilpst arī daži fototrofiski prokarioti. Piemēram, piemēram, purpursarkanās vai zaļās sēra baktērijas.
Nitrificējošās baktērijas
Nitrificējošās baktērijas apmetas uz pākšaugu saknēm. Šīs grupas ķīmiski sintētiskie prokarioti oksidē amonjaku līdz slāpekļskābei. Šo reakciju veic vairākos posmos, veidojot starpproduktu vielas. Augsnē ir arī slāpekli fiksējošas baktērijas. Viņi dzīvo uz pākšaugu saknēm. Iekļūstot pazemes orgāna audos, tie veido raksturīgus sabiezējumus. Šādos veidojumos tiek radīta labvēlīga vide ķīmiskās sintēzes plūsmai. Augu simbioze ar mezgliņu baktērijām ir abpusēji izdevīga. Pirmais nodrošina prokariotus ar organiskām vielām, kas iegūtas fotosintēzes laikā. Savukārt baktērijas spēj fiksēt atmosfēras slāpekli un pārvērst to pieejamā formā.augi.
Kāpēc šis process ir tik svarīgs? Patiešām, atmosfērā slāpekļa koncentrācija ir diezgan augsta un sasniedz 78%. Bet šajā formā augi nevar absorbēt šo vielu. Slāpeklis augiem nepieciešams sakņu attīstībai. Šādā situācijā palīgā nāk mezgliņu baktērijas, kas to pārvērš nitrātu un amonija formā.
Tiona baktērijas
Tionu prokarioti ir arī ķīmiski sintētiskas baktērijas. To enerģijas avots ir dažādi sēra savienojumi. Šāda veida baktērijas tās reducē līdz sērskābei. Šo reakciju pavada ievērojams barotnes pH pazeminājums. Tioniskās baktērijas pieder pie acidofilu grupas. Tajos ietilpst organismi, kas spēj izdzīvot augsta skābuma apstākļos. Šādi apstākļi ir raksturīgi purviem. Kopā ar tiānajām šo grupu veido pienskābes un etiķskābes baktērijas, zibenīši un rotifers.
Ūdeņraža baktērijas
Šie prokarioti veidi ir augsnes iemītnieki. Tie oksidē molekulāro ūdeņradi ūdenī, atbrīvojot enerģiju. Šādas baktērijas ir iekļautas arī termofilu grupā. Tas nozīmē, ka tie spēj izdzīvot augstā temperatūrā, kas var sasniegt 50 grādus pēc Celsija. Šāda ūdeņraža baktēriju spēja ir saistīta ar to, ka tās izdala īpašus enzīmus, kas darbojas pat šādos apstākļos.
Lomaķīmiski sintētiskās baktērijas
Ķīmitrofiem ir liela nozīme sarežģītajos transformācijas procesos un atbilstošo ķīmisko vielu apritē dabā. Tā kā sērūdeņradis un amonjaks ir diezgan toksiskas vielas, ir nepieciešams tos neitralizēt. To veic arī ķīmijtrofās baktērijas. Ķīmisko pārvērtību gaitā veidojas citiem organismiem nepieciešamas vielas, kas padara iespējamu to normālu augšanu un attīstību. Lielas dzelzs un mangāna rūdas nogulsnes jūru un purvu dzelmē rodas ķīmijtrofu aktivitātes dēļ. Proti, dzelzs baktērijas.
Cilvēks ir iemācījies savā darbībā izmantot ķīmijtrofu unikālās īpašības. Piemēram, ar sēra baktēriju palīdzību tie attīra notekūdeņus no sērūdeņraža, aizsargā metāla un betona caurules no korozijas un augsnes no paskābināšanās.
Tātad, ķīmiski sintētiskās baktērijas ir īpaši prokarioti, kas spēj veikt atbilstošas ķīmiskas reakcijas anaerobos apstākļos. Šie organismi oksidē vielas. Enerģija, kas šajā gadījumā tiek atbrīvota, vispirms tiek uzkrāta ATP saitēs un pēc tam tiek izmantota dzīvības procesu veikšanai. Galvenās no tām ir dzelzi, sēru un slāpekli fiksējošās baktērijas. Viņi dzīvo gan ūdens, gan augsnes vidē. Ķīmotrofi ir neaizstājams savienojums vielu ciklā, nodrošina dzīvos organismus ar nepieciešamajām vielām, un tos plaši izmanto cilvēki savā saimnieciskajā un rūpnieciskajā darbībā.
