Хемосинтезирующие бактерии: роль в биосфере, разновидности, питание

Способы поступления питательных веществ

По способам поступления питательных веществ бактерии подразделяются на:

• голофиты (греч. holos – полноценный и греч. phyticos – относящийся к растениям) – бактерии неспособные выделять в окружающую среду ферменты, расщепляющие субстраты, потребляют вещества только в растворенном, молекулярном виде;
• голозои (греч. holos – полноценный и греч. zoikos – относящийся к животным) – бактерии, обладающие комплексом ферментов, обеспечивающие внешнее питание – расщепление субстратов до молекул вне бактериальной клетки, после чего молекулы питательных веществ транспортируются внутрь бактерии[4].

Образование спор

Не всегда бактерии находятся в оптимальных условиях для их существования. Часто они могут попадать в неблагоприятные условия, и тогда у некоторых из них происходит образование спор.

Как протекает процесс образования спор? Рассмотрим основные этапы образования спор.

Попав в плохие условия, например, резкие перепады температур, недостаток влаги или пищи, они перестают двигаться и питаться. Цитоплазма внутри клетки сдавливается и формируется очень крепкая оболочка. Подобная форма жизни бактерий получила название спора.

Споры бактерий

Подобным образом,микроорганизмы могут вынести высыхание, холод. В таком состоянии организм находится в покое – все процессы жизнедеятельности замедляются. Сравнить можно с зимней спячкой у животных.

В виде покоящихся спор бактерии переживают неблагоприятные условия. Вместе с пылью споры разносятся ветром. Попав в хорошие условия для жизни, споры превращаются в бактерии. Поэтому способ образования спор обеспечивает бактериям жизнь на планете.

Способы передвижения

Среди бактерий встречаются как подвижные, так и неподвижные экземпляры.

Подвижные особи перемещаются с помощью жгутиков либо путём волнистых сокращений.

При отсутствии жгутиков некоторые виды бактерий всё же могут передвигаться. Так, покрытые слизистым налётом бациллы обладают способностью к скольжению, а водные и почвенные бактерии часто имеют в цитоплазме газовые пузырьки (вакуоли).

За счёт регулирования объёма газа в пузырьках почвенные бактерии перемещаются по капиллярам почвы, а водные погружаются в глубину или всплывают на поверхность.

Цианобактерии

Цианобактерии (или сине-зеленые водоросли) — группа микроскопических фототрофных одноклеточных, колониальных и многоклеточных (нитчатых) прокариотических организмов.

■ Цианобактерии осуществляют обычный двухфазный (со световой и темновой фазами) кислородный фотосинтез.

❖ Распространение: в пресных и соленых водоемах (входят в состав планктона и бентоса), на поверхности почвы, на скалах; могут вступать в симбиоз с грибами (образуя лишайники), протистами, водорослями, мхами.

Планктон — совокупность организмов (бактерий, микроскопических водорослей, животных и их личинок), населяющих толщу воды и пассивно переносимых течением.

Бентос — совокупность организмов, обитающих в грунте и на поверхности дна водоема.

❖ Строение — сходное с бактериями: клетки безъядерные, имеют толстые многослойные стенки, состоящие из полисахаридов, пектиновых веществ и целлюлозы; часто покрыты слизистым чехлом. В цитоплазме расположены мембранные фотосинтезирующие структуры и пигменты, хлорофиллы, каротиноиды, фикоэритрин и др. (благодаря их разнообразию цианобактерии могут поглощать свет различных длин волн), а также нуклеоид, рибосомы, включения запасного вещества —гликогена, а также (у некоторых видов) газовые вакуоли, наполненные азотом и регулирующие плавучесть клетки. У ряда нитчатых форм цианобактерий имеются специализированные клетки с сильно утолщенными бесцветными оболочками — гетероцисты, участвующие в фиксации азота и размножении.

❖ Размножение: бесполое, делением клетки надвое; колониальные и нитчатые цианобактерии — распадом колоний или нитей.

♦ Значение бактерий: ■ обогащают воду кислородом, а почву — органикой и азотом; ■ очищают воду, минерализуя продукты гниения; ■ являются кормом для зоопланктона и рыб; ■ используются для получения ряда ценных веществ (аминокислот, пигментов, витамина В12 и др.), вырабатываемых ими в процессе жизнедеятельности; ■ отдельные виды (спирулина, носток) используются в пищу; ■ (отрицательное) вызывают «цветение» воды в период массового размножения, обычно сопровождающегося гибелью (из-за недостатка пищи) и гниением большинства дочерних особей, что делает воду непригодной для питья и вызывает гибель рыбы.

бактерии

Фотосинтез и хемосинтез

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений

Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам.

К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.

Кратко мы говорили о фотосинтезе в ходе рассматрения строения растительной клетки, давайте разберем весь процесс поподробнее…

Суть фотосинтеза

(суммарное уравнение)

Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза — хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.

Важно

На рисунке указано схематическое изображение молекулы хлорофилла, кстати, молекула очень похожа на молекулу гемоглобина…

Хлорофилл встроен  в граны хлоропластов:

Световая фаза фотосинтеза:

(осуществляется на мембранах тилакойдов)

• Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние — электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
• Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:

 Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре»

2Н+ + 2е— + НАДФ → НАДФ·Н2

НАДФ — это специфическое вещество, кофермент, т.е. катализатор, в данном случае — переносчик водорода.

синтезируется АТФ (энергия)

Темновая фаза фотосинтеза

(протекает в стромах хлоропластов)

собственно синтез глюкозы

происходит цикл реакций, в которых образуется С6H12O6. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; rроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды

Обратите внимание: темновой эта фаза называется не потому что идет ночью — синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия. “Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”. “Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”

“Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.

В результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода в год.

Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов.

Хотя зеленый лист использует лишь 1-2% падающего на него света, создаваемые растением органические вещества и кислород в целом обеспечивают существование всего живого на Земле.

Хемосинтез

Хемосинтез осуществляется за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.

Соответственно веществам, включенным в метаболизм бактерий, существуют:

• серобактерии — микроорганизмы водоемов, содержащих H2S — источники с очень характерным запахом,
• железобактерии,
• нитрифицирующие бактерии — окисляют аммиак и азотистую кислоту,
• азотфиксирующие бактерии — обогащают почвы, чрезвычайно повышают урожайность,
• водородокисляющие бактерии

Но суть остается та же — это тоже автотрофное питание , так же запасается энергия  и это запас в виде молекул АТФ. 

Этот тип синтеза используется ТОЛЬКО бактериями.

Хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.

Поэтому бактерии, «практикующие» хемосинтез, могут жить на любой глубине океанов.

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

Совет

Изучением фотосинтеза и хемосинтеза занимался С. Н. Виноградский  — ученый, который рассматривал влияние микроорганизмов на биосферу (он ввел понятие «экология микроорганизмов»).

Как видите,  фотосинтез и хемосинтез — две формы пластического обмена, при котором из неорганических веществ образуются органические вещества.

• примеры воспросов ЕГЭ по теме
• вопросы ОГЭ