Jak jsou uspořádány a prováděny životní procesy bakterií, které chemosyntetizují různé látky? Chcete-li odpovědět na tyto otázky, musíte porozumět řadě biologických konceptů.
Charakteristické rysy bakterií
Nejprve zjistíme, kdo jsou ty bakterie. To je celé království divoké zvěře. Jsou to jednobuněčné organismy mikroskopické velikosti, které postrádají jádro. To ale neznamená, že bakterie obecně nemají struktury odpovědné za přenos dědičné informace. Jen má primitivnější organizaci. Jedná se o kruhové molekuly DNA, které jsou soustředěny ve specifické části cytoplazmy zvané nukleoid.
Podstata autotrofní výživy
Chemosyntetické bakterie, jejichž příklady budou diskutovány v našem článku, nezávisle produkují organické látky. Jsou to autotrofní, jako rostliny. Ty však k tomu využívají energii slunečního záření. Přítomnost zelených plastidů chloroplastů jim umožňuje provádět proces fotosyntézy. Jeho podstatou je tvorba sacharidů glukózy zanorganické látky - voda a oxid uhličitý. Dalším produktem této chemické reakce je kyslík. Bakterie jsou také autotrofní. Ale nepotřebují sluneční světlo, aby získali energii. Provádějí jiný proces - chemosyntézu.
Co je chemosyntéza
Chemosyntéza je proces tvorby organických látek v důsledku výskytu redoxních reakcí. V přírodě ji provádějí pouze prokaryota. Chemosyntetické bakterie mohou využívat sloučeniny síry, dusíku a železa k syntéze organických látek. Tím se uvolňuje energie, která se nejprve akumuluje ve vazbách ATP, poté ji mohou využít bakteriální buňky.
Chemosyntetické bakterie: stanoviště
Vzhledem k tomu, že život chemotrofů nezávisí na přítomnosti slunečního záření, je oblast jejich rozšíření poměrně široká. Například sirné bakterie mohou žít ve velkých hloubkách, někdy jsou tam jedinými zástupci živých bytostí. Biotopem těchto prokaryot je nejčastěji půda, odpadní voda a substráty bohaté na určité chemické sloučeniny.
Železné bakterie
Chemosyntetické bakterie zahrnují prokaryota, která mění složení sloučenin železa. Objevil je vynikající ruský mikrobiolog Sergej Nikolajevič Vinogradskij v roce 1950. Tento typ bakterií během oxidační reakce mění oxidační stav železa, čímž se stává trojmocným. Žijí ve sladkých i slaných vodách. V přírodě provádějí koloběh železa vv přírodě a v průmyslu se používají k výrobě čisté mědi. Tento typ bakterií také patří mezi litoautotrofy, schopné syntetizovat některé prvky svých buněk z kyseliny uhličité.
Sirné bakterie
Bakterie, chemosyntetizující látky ze sloučenin síry, mohou existovat odděleně na dně vodních útvarů nebo tvořit symbiózu s měkkýši a mořskými bezobratlými. Jako zdroj oxidace využívají sirovodík, sulfidy, thionové kyseliny nebo molekulární síru. Tento typ bakterií byl hlavním objektem při objevu a studiu procesu chemosyntézy. Do této skupiny prokaryot patří i některá fototrofní prokaryota. Například fialové nebo zelené sirné bakterie.
Nitrifikační bakterie
Nitrifikační bakterie se usazují na kořenech luštěnin. Chemosyntetická prokaryota této skupiny oxidují amoniak na kyselinu dusičnou. Tato reakce se provádí v několika stupních za vzniku meziproduktů. V půdě jsou také bakterie fixující dusík. Žijí na kořenech nahosemenných rostlin. Pronikající do tkání podzemního orgánu tvoří charakteristická ztluštění. Uvnitř takových útvarů se vytváří příznivé prostředí pro tok chemosyntézy. Symbióza rostlin s nodulickými bakteriemi je oboustranně výhodná. První poskytuje prokaryotům organickou hmotu získanou během fotosyntézy. Bakterie jsou na druhé straně schopny fixovat vzdušný dusík a přeměnit ho do formy, které je přístupnárostliny.
Proč je tento proces tak důležitý? Ve skutečnosti je koncentrace dusíku v atmosféře poměrně vysoká a dosahuje 78 %. Ale v této formě rostliny nemohou tuto látku absorbovat. Rostliny potřebují dusík pro vývoj kořenů. V této situaci přijdou na pomoc uzlové bakterie, které je přemění na nitrátovou a amonnou formu.
Thionové bakterie
Thionová prokaryota jsou také chemosyntetické bakterie. Jejich zdrojem energie jsou různé sloučeniny síry. Tento typ bakterií je redukuje na kyselinu sírovou. Tato reakce je doprovázena výrazným poklesem pH média. Thionické bakterie patří do skupiny acidofilů. Patří mezi ně organismy, které mohou přežít v podmínkách vysoké kyselosti. Takové podmínky jsou typické pro bažiny. Spolu s thianaceae je tato skupina tvořena bakteriemi mléčného a octového kvašení, bičíkovci a vířníky.
Vodíkové bakterie
Tyto typy prokaryot jsou obyvateli půdy. Oxidují molekulární vodík na vodu za uvolnění energie. I takové bakterie se řadí do skupiny termofilů. To znamená, že jsou schopni přežít při vysokých teplotách, které mohou dosáhnout 50 stupňů Celsia. Tato schopnost vodíkových bakterií je způsobena tím, že vylučují speciální enzymy, které fungují i v takových podmínkách.
Rolechemosyntetické bakterie
Chemotrofy hrají hlavní roli ve složitých procesech přeměny a cirkulace odpovídajících chemických látek v přírodě. Vzhledem k tomu, že sirovodík a čpavek jsou dosti toxické látky, je potřeba je neutralizovat. To také provádějí chemotrofní bakterie. Při chemických přeměnách vznikají látky nezbytné pro jiné organismy, což umožňuje jejich normální růst a vývoj. Velká ložiska železných a manganových rud na dně moří a bažin vznikají díky činnosti chemotrofů. Konkrétně železné bakterie.
Člověk se naučil využívat jedinečné vlastnosti chemotrofů při své činnosti. Například pomocí sirných bakterií čistí odpadní vodu od sirovodíku, chrání kovové a betonové potrubí před korozí a půdy před acidifikací.
Chemosyntetické bakterie jsou tedy speciální prokaryota schopná provádět příslušné chemické reakce za anaerobních podmínek. Tyto organismy oxidují látky. Energie, která se v tomto případě uvolní, se nejprve uloží do vazeb ATP a poté se použije k provádění životních procesů. Mezi hlavní patří bakterie fixující železo, síru a dusík. Žijí ve vodním i půdním prostředí. Chemotrofy jsou nepostradatelným článkem v koloběhu látek, poskytují živým organismům potřebné látky a lidé je široce využívají při svých ekonomických a průmyslových činnostech.
