Ինչպե՞ս են դասավորվում և իրականացվում տարբեր նյութեր քիմիոսինթեզող բակտերիաների կենսագործունեության գործընթացները: Այս հարցերին պատասխանելու համար դուք պետք է հասկանաք մի շարք կենսաբանական հասկացություններ:
Բակտերիաների բնորոշ հատկանիշներ
Նախ, եկեք պարզենք, թե ովքեր են բակտերիաները: Սա վայրի բնության ողջ թագավորությունն է։ Դրանք մանրադիտակային չափերի միաբջիջ օրգանիզմներ են, որոնք չունեն միջուկ։ Բայց դա չի նշանակում, որ բակտերիաները հիմնականում չունեն ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման համար պատասխանատու կառույցներ: Պարզապես այն ավելի պարզունակ կազմակերպվածություն ունի։ Սրանք շրջանաձև ԴՆԹ մոլեկուլներ են, որոնք կենտրոնացած են ցիտոպլազմայի որոշակի մասում՝ նուկլեոիդ:
Ավտոտրոֆիկ սնուցման էությունը
Քիմոսինթետիկ բակտերիաները, որոնց օրինակները կքննարկվեն մեր հոդվածում, ինքնուրույն արտադրում են օրգանական նյութեր: Նրանք ավտոտրոֆներ են, ինչպես բույսերը։ Սակայն վերջիններս դրա համար օգտագործում են արեւի լույսի էներգիան։ Քլորոպլաստների կանաչ պլաստիդների առկայությունը թույլ է տալիս նրանց իրականացնել ֆոտոսինթեզի գործընթացը։ Դրա էությունը կայանում է նրանից, որ գոյանում է գլյուկոզա ածխաջրածինանօրգանական նյութեր - ջուր և ածխաթթու գազ: Այս քիմիական ռեակցիայի մեկ այլ արտադրանք թթվածինն է: Բակտերիաները նույնպես ավտոտրոֆներ են: Բայց էներգիա ստանալու համար նրանք արեւի լույսի կարիք չունեն: Նրանք այլ գործընթաց են իրականացնում՝ քիմոսինթեզ։
Ի՞նչ է քիմոսինթեզը
Քիմոսինթեզը օրգանական նյութերի առաջացման գործընթացն է, որը պայմանավորված է ռեդոքսային ռեակցիաների առաջացմամբ։ Բնության մեջ այն իրականացվում է միայն պրոկարիոտների կողմից։ Քիմիոսինթետիկ բակտերիաները կարող են օգտագործել ծծմբի, ազոտի և երկաթի միացություններ՝ օրգանական նյութեր սինթեզելու համար։ Սա ազատում է էներգիա, որը սկզբում կուտակվում է ATP կապերում, որից հետո այն կարող է օգտագործվել բակտերիաների բջիջների կողմից։
Քիմոսինթետիկ բակտերիաներ. ապրելավայր
Քանի որ քիմոտրոֆների կյանքը կախված չէ արևի լույսի առկայությունից, նրանց տարածման տարածքը բավականին լայն է: Օրինակ՝ ծծմբային բակտերիաները կարող են ապրել մեծ խորություններում՝ երբեմն լինելով այնտեղ կենդանի էակների միակ ներկայացուցիչը։ Այս պրոկարիոտների բնակավայրն առավել հաճախ հողն է, կեղտաջրերը և որոշակի քիմիական միացություններով հարուստ ենթաշերտեր:
Երկաթի մանրէներ
Քիմոսինթետիկ բակտերիաները ներառում են պրոկարիոտներ, որոնք փոխում են երկաթի միացությունների բաղադրությունը: Դրանք հայտնաբերել է ռուս ականավոր միկրոկենսաբան Սերգեյ Նիկոլաևիչ Վինոգրադսկին 1950 թվականին։ Այս տեսակի բակտերիաները օքսիդացման ռեակցիայի ժամանակ փոխում են երկաթի օքսիդացման վիճակը՝ դարձնելով այն եռարժեք։ Նրանք ապրում են քաղցրահամ և աղի ջրերում։ Բնության մեջ նրանք իրականացնում են երկաթի ցիկլըբնությունը, իսկ արդյունաբերության մեջ օգտագործվում են մաքուր պղինձ արտադրելու համար։ Բակտերիաների այս տեսակը նույնպես պատկանում է լիտոավտոտրոֆներին, որոնք ունակ են ածխաթթվից սինթեզել իրենց բջիջների որոշ տարրեր։
Ծծմբային բակտերիա
Բակտերիաները՝ ծծմբային միացություններից քիմոսինթեզող նյութերը, կարող են առանձին գոյություն ունենալ ջրային մարմինների հատակին կամ ձևավորել սիմբիոզ փափկամարմինների և ծովային անողնաշարավորների հետ: Որպես օքսիդացման աղբյուր նրանք օգտագործում են ջրածնի սուլֆիդ, սուլֆիդներ, թիոնաթթուներ կամ մոլեկուլային ծծումբ։ Բակտերիաների այս տեսակը քիմիոսինթեզի գործընթացի հայտնաբերման և ուսումնասիրության հիմնական օբյեկտն էր: Պրոկարիոտների այս խումբը ներառում է նաև որոշ ֆոտոտրոֆ պրոկարիոտներ։ Օրինակ՝ մանուշակագույն կամ կանաչ ծծմբային բակտերիաներ։
Անիտրացնող բակտերիա
Անիտրացնող բակտերիաները նստում են հատիկավոր բույսերի արմատներին: Այս խմբի քիմոսինթետիկ պրոկարիոտները օքսիդացնում են ամոնիակը մինչև ազոտաթթու: Այս ռեակցիան իրականացվում է մի քանի փուլով՝ միջանկյալ նյութերի առաջացմամբ։ Հողի մեջ կան նաև ազոտ ամրացնող բակտերիաներ։ Ապրում են հատիկավոր բույսերի արմատների վրա։ Ներթափանցելով ստորգետնյա օրգանի հյուսվածքների մեջ՝ դրանք ձևավորում են բնորոշ խտացումներ։ Նման գոյացությունների ներսում բարենպաստ միջավայր է ստեղծվում քիմոսինթեզի հոսքի համար։ Բույսերի սիմբիոզը հանգուցային բակտերիաների հետ փոխշահավետ է։ Առաջինները պրոկարիոտներին ապահովում են ֆոտոսինթեզի ընթացքում ստացված օրգանական նյութերով։ Մյուս կողմից, բակտերիաներն ի վիճակի են ամրացնել մթնոլորտային ազոտը և վերածել այն հասանելի ձևի.բույսեր.
Ինչու է այս գործընթացը այդքան կարևոր: Իսկապես, մթնոլորտում ազոտի կոնցենտրացիան բավականին բարձր է և կազմում է 78%: Բայց այս տեսքով բույսերը չեն կարող կլանել այս նյութը։ Արմատների զարգացման համար բույսերը ազոտի կարիք ունեն։ Այս իրավիճակում օգնության են հասնում հանգուցային բակտերիաները, որոնք այն վերածում են նիտրատի և ամոնիումի:
Թիոն բակտերիա
Թիոն պրոկարիոտները նույնպես քիմոսինթետիկ բակտերիաներ են: Նրանց էներգիայի աղբյուրը ծծմբի տարբեր միացություններ են։ Այս տեսակի բակտերիաները դրանք վերածում են ծծմբաթթվի: Այս ռեակցիան ուղեկցվում է միջավայրի pH-ի զգալի նվազմամբ։ Թիոնային բակտերիաները պատկանում են ացիդոֆիլների խմբին։ Դրանք ներառում են օրգանիզմներ, որոնք կարող են գոյատևել բարձր թթվայնության պայմաններում։ Նման պայմանները բնորոշ են ճահիճներին։ Թիանասեների հետ միասին այս խումբը կազմված է կաթնաթթվային և քացախաթթվային բակտերիաներից, դրոշակակիրներից և պտտվողներից:
Ջրածնային բակտերիա
Պրոկարիոտների այս տեսակները հողի բնակիչներ են: Նրանք էներգիայի արտազատմամբ օքսիդացնում են մոլեկուլային ջրածինը ջրի մեջ։ Նման բակտերիաները նույնպես մտնում են ջերմաֆիլների խմբի մեջ։ Սա նշանակում է, որ նրանք կարողանում են գոյատևել բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, որը կարող է հասնել 50 աստիճան Ցելսիուսի: Ջրածնային բակտերիաների այս ունակությունը պայմանավորված է նրանով, որ նրանք արտազատում են հատուկ ֆերմենտներ, որոնք գործում են նույնիսկ նման պայմաններում։
Դերքիմոսինթետիկ բակտերիաներ
Քիմոտրոֆները մեծ դեր են խաղում բնության մեջ համապատասխան քիմիական նյութերի փոխակերպման և շրջանառության բարդ գործընթացներում: Քանի որ ջրածնի սուլֆիդը և ամոնիակը բավականին թունավոր նյութեր են, անհրաժեշտ է դրանք չեզոքացնել։ Սա նույնպես իրականացվում է քիմիոտրոֆ բակտերիաների կողմից։ Քիմիական փոխակերպումների ընթացքում առաջանում են այլ օրգանիզմների համար անհրաժեշտ նյութեր, ինչը հնարավոր է դարձնում նրանց բնականոն աճն ու զարգացումը։ Երկաթի և մանգանի հանքաքարերի մեծ հանքավայրեր ծովերի և ճահիճների հատակում առաջանում են քիմոտրոֆների ակտիվության պատճառով։ Մասնավորապես՝ երկաթի բակտերիաներ։
Մարդը սովորել է օգտագործել քիմոտրոֆների յուրահատուկ հատկությունները իրենց գործունեության մեջ: Օրինակ՝ ծծմբային բակտերիաների օգնությամբ մաքրում են կեղտաջրերը ջրածնի սուլֆիդից, մետաղական և բետոնե խողովակները պաշտպանում կոռոզիայից, հողերը՝ թթվացումից։
Այսպիսով, քիմոսինթետիկ բակտերիաները հատուկ պրոկարիոտներ են, որոնք ունակ են համապատասխան քիմիական ռեակցիաներ իրականացնել անաէրոբ պայմաններում: Այս օրգանիզմները օքսիդացնում են նյութերը։ Էներգիան, որն ազատվում է այս դեպքում, սկզբում պահվում է ATP պարտատոմսերում, այնուհետև օգտագործվում է կյանքի գործընթացների իրականացման համար։ Հիմնականները երկաթ, ծծումբ և ազոտ ամրացնող մանրէներ են։ Նրանք ապրում են ինչպես ջրային, այնպես էլ հողային միջավայրերում։ Քիմոտրոֆները նյութերի ցիկլի անփոխարինելի օղակն են, կենդանի օրգանիզմներին ապահովում են անհրաժեշտ նյութերով և լայնորեն օգտագործվում են մարդկանց կողմից իրենց տնտեսական և արդյունաբերական գործունեության մեջ:
