Хемосинтезирующие бактерии: роль в биосфере, разновидности, питание

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями. Это явление было открыто в 1887 году русским учёным С. Н. Виноградским.

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
Витязь Руденко
Оцените автора
( Пока оценок нет )