Хемосинтез. Значение хемосинтеза в биосфере

Кроме фотосинтеза, существует еще одна форма автотрофной ассимиляции - хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза источником энергии для синтеза сложных органических веществ из простых неорганических здесь служит не свет, а энергия окисления некоторых неорганических соединений - сероводорода, серы, аммиака водорода, азотистой кислоты, закисных соединений железа и марганца. Открытие бактериального хемосинтеза принадлежит известному русскому ученому С. Н. Виноградскому.

Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак, образующийся при гниении органических остатков до нитрита, а затем до нитрата:

2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 663 кДж,

2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 142 кДж.

Этот процесс сопровождается выделением энергии. Образующаяся азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.

Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу:

2H2S + O2 = 2H2O + 2S + 272 кДж.

При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее экзотермическое окисление накопившейся в них серы до серной кислоты:

2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO + 636 кДж.

Железобактерии переводят двухвалентное железо в трехвалентное:

4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2 + 324 кДж.

Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакцию окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода - диоксид углерода. Реакция окисления протекает по схеме:

2H2 + O2 → 2H2O + 235 кДж.

Энергия, которая выделяется при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления CO2 до органических веществ.

Экологическая роль хемосинтеза

Хемотрофные нитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. Они встречаются как в почве, так и в разных водоемах. Осуществляемые ими процессы могут происходить в весьма крупных масштабах и имеют существенное значение в круговороте азота в биосфере.

Серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты, являются причиной порчи каменных и металлических сооружений, выщелачивания руд и серных месторождений. Многие виды серобактерий, окисляя до сульфатов различные соединения серы, играют большую роль в процессах очищения промышленных сточных вод. При деятельности некоторых железобактерий образуется Fe(OH)3, скопления которого образуют болотную железную руду.

Водородные бактерии уже используются для получения дешевого пищевого и кормового белка, а также для регенерации (восстановления) атмосферы в замкнутых системах жизнеобеспечения (например, система «Оазис-2» была испытана на космическом корабле «Союз-3» в 1973 г.). Кроме того, водородные бактерии участвуют в окислении водорода в природных условиях, который накапливается при действии некоторых микроорганизмов, размельчающих органические вещества почвы, донные отложения водоемов и т. п.

Читать далее