Ako sú usporiadané a uskutočňované životné procesy baktérií, ktoré chemosyntetizujú rôzne látky? Ak chcete odpovedať na tieto otázky, musíte pochopiť množstvo biologických konceptov.
Charakteristické vlastnosti baktérií
Najprv zistíme, kto sú baktérie. Toto je celé kráľovstvo divokej zveri. Sú to jednobunkové organizmy mikroskopickej veľkosti, ktorým chýba jadro. To však neznamená, že baktérie vo všeobecnosti nemajú štruktúry zodpovedné za prenos dedičných informácií. Len má primitívnejšiu organizáciu. Ide o kruhové molekuly DNA, ktoré sú sústredené v špecifickej časti cytoplazmy nazývanej nukleoid.
Podstata autotrofnej výživy
Chemosyntetické baktérie, ktorých príklady budú uvedené v našom článku, nezávisle produkujú organické látky. Sú to autotrofy ako rastliny. Tie však na to využívajú energiu slnečného žiarenia. Prítomnosť zelených plastidov chloroplastov im umožňuje vykonávať proces fotosyntézy. Jeho podstata spočíva v tvorbe sacharidu glukózy zanorganické látky - voda a oxid uhličitý. Ďalším produktom tejto chemickej reakcie je kyslík. Baktérie sú tiež autotrofy. Na získanie energie však nepotrebujú slnečné svetlo. Vykonávajú iný proces - chemosyntézu.
Čo je chemosyntéza
Chemosyntéza je proces tvorby organických látok v dôsledku výskytu redoxných reakcií. V prírode ho vykonávajú iba prokaryoty. Chemosyntetické baktérie môžu využívať zlúčeniny síry, dusíka a železa na syntézu organických látok. Tým sa uvoľní energia, ktorá sa najskôr nahromadí vo väzbách ATP, potom ju môžu využiť bakteriálne bunky.
Chemosyntetické baktérie: biotop
Keďže život chemotrofov nezávisí od prítomnosti slnečného žiarenia, oblasť ich rozšírenia je pomerne široká. Napríklad sírne baktérie môžu žiť vo veľkých hĺbkach, niekedy sú tam jedinými predstaviteľmi živých bytostí. Biotopom týchto prokaryotov je najčastejšie pôda, odpadová voda a substráty bohaté na určité chemické zlúčeniny.
Železné baktérie
Chemosyntetické baktérie zahŕňajú prokaryoty, ktoré menia zloženie zlúčenín železa. Objavil ich vynikajúci ruský mikrobiológ Sergej Nikolajevič Vinogradskij v roku 1950. Tento typ baktérií počas oxidačnej reakcie mení oxidačný stav železa, čím sa stáva trojmocným. Žijú v sladkých a slaných vodách. V prírode uskutočňujú kolobeh železa vv prírode av priemysle sa používajú na výrobu čistej medi. Tento typ baktérií tiež patrí k litoautotrofom, schopným syntetizovať niektoré prvky svojich buniek z kyseliny uhličitej.
Sirné baktérie
Baktérie, chemosyntetizujúce látky zo zlúčenín síry, môžu existovať oddelene na dne vodných útvarov alebo môžu tvoriť symbiózu s mäkkýšmi a morskými bezstavovcami. Ako zdroj oxidácie využívajú sírovodík, sulfidy, tionové kyseliny alebo molekulárnu síru. Tento typ baktérií bol hlavným objektom pri objavovaní a štúdiu procesu chemosyntézy. Do tejto skupiny prokaryotov patria aj niektoré fototrofné prokaryoty. Napríklad fialové alebo zelené sírové baktérie.
Nitrifikačné baktérie
Nitrifikačné baktérie sa usadzujú na koreňoch strukovín. Chemosyntetické prokaryoty tejto skupiny oxidujú amoniak na kyselinu dusičnú. Táto reakcia sa uskutočňuje v niekoľkých stupňoch s tvorbou medziproduktov. V pôde sa nachádzajú aj baktérie viažuce dusík. Žijú na koreňoch strukovín. Prenikajúc do tkanív podzemného orgánu tvoria charakteristické zhrubnutia. Vo vnútri takýchto útvarov sa vytvára priaznivé prostredie pre tok chemosyntézy. Symbióza rastlín s uzlíkovými baktériami je obojstranne výhodná. Prvý poskytuje prokaryotom organickú hmotu získanú počas fotosyntézy. Baktérie sú na druhej strane schopné fixovať atmosférický dusík a premieňať ho na formu prístupnúrastliny.
Prečo je tento proces taký dôležitý? V atmosfére je koncentrácia dusíka dosť vysoká a dosahuje 78%. Ale v tejto forme rastliny nemôžu absorbovať túto látku. Rastliny potrebujú dusík na vývoj koreňov. V tejto situácii prídu na pomoc uzlové baktérie, ktoré ich premenia na dusičnanovú a amónnu formu.
Tiónové baktérie
Tiónové prokaryoty sú tiež chemosyntetické baktérie. Ich zdrojom energie sú rôzne zlúčeniny síry. Tento typ baktérií ich redukuje na kyselinu sírovú. Táto reakcia je sprevádzaná výrazným znížením pH média. Tiónové baktérie patria do skupiny acidofilov. Patria sem organizmy, ktoré dokážu prežiť v podmienkach vysokej kyslosti. Takéto podmienky sú typické pre močiare. Spolu s thianaceae tvoria túto skupinu baktérie mliečneho a octového kvasenia, bičíkovce a vírniky.
Vodíkové baktérie
Tieto typy prokaryotov sú obyvateľmi pôdy. Oxidujú molekulárny vodík na vodu za uvoľnenia energie. Takéto baktérie sú tiež zahrnuté do skupiny termofilov. To znamená, že sú schopné prežiť pri vysokých teplotách, ktoré môžu dosiahnuť 50 stupňov Celzia. Táto schopnosť vodíkových baktérií je spôsobená tým, že vylučujú špeciálne enzýmy, ktoré fungujú aj v takýchto podmienkach.
Rolachemosyntetické baktérie
Chemotrofy hrajú hlavnú úlohu v zložitých procesoch transformácie a cirkulácie zodpovedajúcich chemikálií v prírode. Keďže sírovodík a amoniak sú dosť toxické látky, je potrebné ich neutralizovať. Vykonávajú to aj chemotrofné baktérie. V priebehu chemických premien vznikajú látky potrebné pre iné organizmy, čo umožňuje ich normálny rast a vývoj. Veľké ložiská železných a mangánových rúd na dne morí a močiarov vznikajú v dôsledku činnosti chemotrofov. Konkrétne železné baktérie.
Človek sa naučil pri svojej činnosti využívať jedinečné vlastnosti chemotrofov. Napríklad pomocou sírnych baktérií čistia odpadovú vodu od sírovodíka, chránia kovové a betónové potrubia pred koróziou a pôdy pred acidifikáciou.
Chemosyntetické baktérie sú teda špeciálne prokaryoty schopné vykonávať príslušné chemické reakcie v anaeróbnych podmienkach. Tieto organizmy oxidujú látky. Energia, ktorá sa v tomto prípade uvoľní, sa najskôr uloží do väzieb ATP a potom sa použije na uskutočňovanie životných procesov. Hlavnými sú baktérie viažuce železo, síru a dusík. Žijú vo vodnom aj pôdnom prostredí. Chemotrofy sú nepostrádateľným článkom v kolobehu látok, poskytujú živým organizmom potrebné látky a ľudia ich vo veľkej miere využívajú pri svojich ekonomických a priemyselných aktivitách.
