Хемосинтезирующие бактерии. их основные группы. механизм хемосинтеза. работы с.н. виноградского по изучению хемосинтезирующих бактерий

Роль хемосинтезирующих бактерий

Хемотрофы играют главную роль в сложных процессах превращения и круговорота соответствующих химических веществ в природе. Поскольку сероводород и аммиак являются достаточно токсичными веществами, существует необходимость в их нейтрализации. Это также осуществляют хемотрофные бактерии. В ходе химических превращений образуются вещества, необходимые другим организмам, что делает возможным их нормальный рост и развитие. Крупные месторождения руд железа и марганца на дне морей и болот возникают благодаря деятельности хемотрофов. А именно — железобактерий.

Человек научился использовать уникальные свойства хемотрофов и в своей деятельности. К примеру, с помощью серобактерий очищают сточные воды от сероводорода, защищают металлические и бетонные трубы от коррозии, а почвы от закисления.

Итак, бактерии хемосинтезирующие являются особыми прокариотами, способными осуществлять соответствующие химические реакции в анаэробных условиях. Эти организмы окисляют вещества. Энергию, которая при этом выделяется, они сначала запасают в связях АТФ, а потом используют для осуществления процессов жизнедеятельности. Основными из них являются железо- , серо- и азотфиксирующие бактерии. Они обитают как в водной, так и в почвенной среде. Хемотрофы являются незаменимым звеном в круговороте веществ, обеспечивают живые организмы необходимыми веществами и широко используются человеком в его хозяйственной и промышленной деятельности.

Хемосинтезирующие бактерии представляют собой уникальную группу микроорганизмов, способных синтезировать органические вещества, используя неорганические соединения в качестве источника энергии. Основные группы этих бактерий включают серобактерии, нитрифицирующие и железобактерии. Механизм хемосинтеза заключается в окислении неорганических веществ, таких как сероводород или аммиак, что приводит к образованию энергии, необходимой для ассимиляции углерода из углекислого газа. Работы С.Н. Виноградского, одного из основоположников микробиологии, сыграли ключевую роль в изучении этих бактерий. Он впервые выделил хемосинтезирующие микроорганизмы и описал их жизненные процессы, что открыло новые горизонты в понимании экосистем и биогеохимических циклов. Исследования Виноградского продолжают оставаться актуальными, подчеркивая важность хемосинтезирующих бактерий в природе и их потенциальное применение в биотехнологии.

Система комплемента – механизм, составные белки, пути активации

Нитрифицирующие бактерии

На корнях бобовых растений поселяются нитрифицирущие бактерии. Хемосинтезирующие прокариоты этой группы окисляют аммиак до азотной кислоты. Эта реакция осуществляется в несколько этапов с образованием промежуточных веществ. В почве находятся также азотфиксирующие бактерии. Они поселяются на корнях бобовых растений. Внедряясь в ткани подземного органа, они образуют характерные утолщения. Внутри таких образований создается благоприятная среда для протекания хемосинтеза. Симбиоз растений с клубеньковыми бактериями является взаимовыгодным. Первые обеспечивают прокариот органикой, полученной в ходе фотосинтеза. Бактерии же способны фиксировать атмосферный азот и переводить его в форму, доступную для растений.

Почему данный процесс имеет такое важное значение? Ведь в атмосфере концентрация азота достаточна велика и составляет 78%. Но в таком виде растения не могут усваивать это вещество

А азот необходим растениям для развития корневой системы. В этой ситуации на помощь и приходят клубеньковые бактерии, которые превращают его в нитратную и аммонийную форму.

Хемосинтезирующие бактерии играют ключевую роль в экосистемах, особенно в условиях, где свет недоступен, например, в глубоководных экосистемах и в почвах. Эти микроорганизмы используют неорганические вещества, такие как сероводород или аммиак, в качестве источника энергии, превращая их в органические соединения. Основные группы хемосинтезирующих бактерий включают серобактерии, нитрифицирующие и метаногенные бактерии. Механизм хемосинтеза заключается в окислении неорганических соединений, что приводит к образованию энергии, необходимой для синтеза органических веществ.

Работы Сергея Николаевича Виноградского, одного из основоположников микробиологии, стали основой для изучения этих бактерий. Он открыл, что хемосинтетические организмы могут существовать независимо от солнечного света, что изменило представления о жизненных процессах на Земле. Его исследования продемонстрировали важность хемосинтеза в биогеохимических циклах, подчеркивая значимость этих бактерий для поддержания экосистем и глобального баланса веществ.

Распространение и экологические функции

Гигантские многощетинковые черви (Riftia pachyptila) имеют орган, содержащий хемосинтетических бактерий вместо пищеварительной системы.

Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света и являющиеся продуцентами. Хемосинтетические организмы могут потребляться другими организмами в океане или образовывать симбиотические ассоциации с гетеротрофами. Гигантские многощетинковые черви используют бактерий в их трофосомах (англ.)русск. для связывания диоксида углерода (используя сероводород как источник энергии) продуцирования сахаров и аминокислот. В некоторых реакциях получается сера

12H₂S + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (=углеводы) + 6H₂O + 12S:

Вместо высвобождения кислорода при фиксации углекислого газа во время фотосинтеза, из сероводорода в процессе хемосинтеза получаются водорастворимые глобулы серы. В бактериях способных к хемоавторофии в форме хемосинтеза, таких как пурпурные серные бактерии (англ.)русск., пурпурные глобулы серы окрашивают цитоплазму в соответствующий цвет.
Большие популяции животных могут поддерживаться за счет хемосинтезирующих бактерий и архей в белых и черных курильщиках, метановых клатратах, холодных просачиваниях (англ.)русск., трупах китов (англ.)русск., изолированных подземных водных пещерах.

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца.

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота, преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных метанокисляющих архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы.

Была выдвинута гипотеза о том, что хемосинтез может поддерживать жизнь под поверхностью Марса, спутника Юпитера — Европы и других планет . Хемосинтез также может быть первым типом метаболизма, который возник на Земле, что привело позже к возникновению клеточного дыхания и фотосинтеза.

https://youtube.com/watch?v=KKK-ueKi_M0

Вопрос-ответ

Какие бактерии относятся к хемосинтезу?

Хемосинтезирующие бактерии – серобактерии, водородные, железобактерии, нитрифицирующие, марганцевые. Хемосинтезирующие бактерии встречаются во всех водоемах как пресных, так и морских. Они обитают в толще воды, на поверхности и в глубине грунта.

Введение в микробиологию. Часть 1. Анатомия и морфология бактерий

Какие бактерии относятся к хемосинтетикам?

К хемосинтетикам (хемотрофам) относятся только некоторые бактерии и археи.

Как происходит процесс хемосинтеза?

Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, как фотосинтез, а за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др. ).

Что такое хемосинтетические бактерии?

Это бактерии, синтезирующие органические соединения с помощью энергии, получаемой при окислении органических или неорганических веществ без необходимости в свете . Эти бактерии включают в себя группу автотрофных бактерий, использующих химическую энергию для производства собственной пищи.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные группы хемосинтезирующих бактерий, такие как нитрифицирующие, серобактерии и железобактерии. Понимание их классификации поможет вам лучше осознать их роль в экосистемах и биогеохимических циклах.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на механизмы хемосинтеза, такие как использование неорганических веществ для получения энергии. Это знание поможет вам понять, как эти организмы могут выживать в экстремальных условиях, где фотосинтез невозможен.

СОВЕТ №3

Изучите работы С.Н. Виноградского, чтобы понять, как его исследования заложили основы микробиологии и экологии. Его эксперименты с хемосинтезирующими бактериями открыли новые горизонты в понимании жизни на Земле.

СОВЕТ №4

Попробуйте провести простые эксперименты или наблюдения за хемосинтезирующими бактериями в вашем окружении, например, в почве или водоемах. Это практическое применение теории поможет закрепить ваши знания и развить интерес к микробиологии.