როგორ ეწყობა და ტარდება ბაქტერიების სასიცოცხლო პროცესები, რომლებიც ახდენენ სხვადასხვა ნივთიერებების ქიმიოსინთეზს? ამ კითხვებზე პასუხის გასაცემად, თქვენ უნდა გესმოდეთ მთელი რიგი ბიოლოგიური ცნებები.
ბაქტერიების დამახასიათებელი ნიშნები
პირველ რიგში, მოდით გავარკვიოთ ვინ არის ბაქტერია. ეს არის ველური ბუნების მთელი სამეფო. ისინი მიკროსკოპული ზომის ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია, რომლებსაც არ აქვთ ბირთვი. მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ბაქტერიებს ზოგადად არ აქვთ სტრუქტურები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემაზე. უბრალოდ უფრო პრიმიტიული ორგანიზაცია აქვს. ეს არის წრიული დნმ-ის მოლეკულები, რომლებიც კონცენტრირებულია ციტოპლაზმის კონკრეტულ ნაწილში, რომელსაც ეწოდება ნუკლეოიდი.
აუტოტროფული კვების არსი
ქიმიოსინთეზური ბაქტერიები, რომელთა მაგალითებს განვიხილავთ ჩვენს სტატიაში, დამოუკიდებლად აწარმოებენ ორგანულ ნივთიერებებს. ისინი მცენარეების მსგავსად ავტოტროფები არიან. თუმცა, ეს უკანასკნელი ამისთვის მზის სინათლის ენერგიას იყენებს. ქლოროპლასტების მწვანე პლასტიდების არსებობა მათ საშუალებას აძლევს განახორციელონ ფოტოსინთეზის პროცესი. მისი არსი მდგომარეობს გლუკოზის ნახშირწყლების წარმოქმნაშიარაორგანული ნივთიერებები - წყალი და ნახშირორჟანგი. ამ ქიმიური რეაქციის კიდევ ერთი პროდუქტია ჟანგბადი. ბაქტერიები ასევე ავტოტროფები არიან. მაგრამ მათ არ სჭირდებათ მზის შუქი ენერგიის მისაღებად. ისინი ატარებენ განსხვავებულ პროცესს - ქიმიოსინთეზს.
რა არის ქიმიოსინთეზი
ქიმიოსინთეზი არის ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის პროცესი რედოქს რეაქციების წარმოქმნის გამო. მას ბუნებაში მხოლოდ პროკარიოტები ახორციელებენ. ქიმიოსინთეზურ ბაქტერიებს შეუძლიათ გამოიყენონ გოგირდის, აზოტის და რკინის ნაერთები ორგანული ნივთიერებების სინთეზისთვის. ეს ათავისუფლებს ენერგიას, რომელიც ჯერ გროვდება ATP ობლიგაციებში, რის შემდეგაც მისი გამოყენება შეუძლიათ ბაქტერიულ უჯრედებს.
ქიმიოსინთეზური ბაქტერიები: ჰაბიტატი
რადგან ქიმიოტროფების სიცოცხლე არ არის დამოკიდებული მზის შუქზე, მათი გავრცელების არეალი საკმაოდ ფართოა. მაგალითად, გოგირდის ბაქტერიას შეუძლია იცხოვროს დიდ სიღრმეზე, ზოგჯერ იქ ცოცხალი არსებების ერთადერთი წარმომადგენელია. ამ პროკარიოტების ჰაბიტატი ყველაზე ხშირად ნიადაგი, ჩამდინარე წყლები და გარკვეული ქიმიური ნაერთებით მდიდარი სუბსტრატებია.
რკინის ბაქტერია
ქიმიოსინთეზური ბაქტერიები მოიცავს პროკარიოტებს, რომლებიც ცვლიან რკინის ნაერთების შემადგენლობას. ისინი აღმოაჩინა გამოჩენილმა რუსმა მიკრობიოლოგმა სერგეი ნიკოლაევიჩ ვინოგრადსკიმ 1950 წელს. ამ ტიპის ბაქტერიები ჟანგვის რეაქციის დროს ცვლის რკინის დაჟანგვის მდგომარეობას, ხდის მას სამვალენტიანს. ისინი ცხოვრობენ მტკნარ და მარილიან წყლებში. ბუნებაში, ისინი ახორციელებენ რკინის ციკლსბუნებაში, ხოლო ინდუსტრიაში გამოიყენება სუფთა სპილენძის წარმოებისთვის. ამ ტიპის ბაქტერია ასევე მიეკუთვნება ლითოავტოტროფებს, რომლებსაც შეუძლიათ თავიანთი უჯრედების ზოგიერთი ელემენტის სინთეზირება ნახშირმჟავასგან.
გოგირდის ბაქტერია
ბაქტერიები, გოგირდის ნაერთებისგან ქიმიოსინთეზირებადი ნივთიერებები, შეიძლება ცალკე არსებობდეს წყლის ობიექტების ფსკერზე ან შექმნან სიმბიოზი მოლუსკებთან და ზღვის უხერხემლოებთან. დაჟანგვის წყაროდ ისინი იყენებენ წყალბადის სულფიდს, სულფიდებს, თიონის მჟავებს ან მოლეკულურ გოგირდს. ამ ტიპის ბაქტერია იყო მთავარი ობიექტი ქიმიოსინთეზის პროცესის აღმოჩენასა და შესწავლაში. პროკარიოტების ამ ჯგუფში ასევე შედის რამდენიმე ფოტოტროფიული პროკარიოტი. მაგალითად, როგორიცაა იასამნისფერი ან მწვანე გოგირდის ბაქტერიები.
ნიტრიფიცირებადი ბაქტერია
ნატრიფიცირებული ბაქტერიები დგანან პარკოსანი მცენარეების ფესვებზე. ამ ჯგუფის ქიმიოსინთეზური პროკარიოტები აჟანგებენ ამიაკის აზოტმჟავამდე. ეს რეაქცია რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს შუალედური ნივთიერებების წარმოქმნით. ნიადაგში ასევე არის აზოტის დამფიქსირებელი ბაქტერიები. ისინი ცხოვრობენ პარკოსანი მცენარეების ფესვებზე. მიწისქვეშა ორგანოს ქსოვილებში შეღწევისას ისინი ქმნიან დამახასიათებელ გასქელებას. ასეთი წარმონაქმნების შიგნით იქმნება ხელსაყრელი გარემო ქიმიოსინთეზის ნაკადისთვის. მცენარეების სიმბიოზი კვანძოვანი ბაქტერიებით ორმხრივად სასარგებლოა. პირველი უზრუნველყოფს პროკარიოტებს ფოტოსინთეზის დროს მიღებულ ორგანულ ნივთიერებებს. მეორეს მხრივ, ბაქტერიებს შეუძლიათ ატმოსფერული აზოტის დაფიქსირება და მის ხელმისაწვდომ ფორმაში გადაქცევა.მცენარეები.
რატომ არის ეს პროცესი ასე მნიშვნელოვანი? მართლაც, ატმოსფეროში აზოტის კონცენტრაცია საკმაოდ მაღალია და შეადგენს 78%-ს. მაგრამ ამ ფორმით მცენარეები ვერ შთანთქავენ ამ ნივთიერებას. ფესვების განვითარებისთვის მცენარეებს სჭირდებათ აზოტი. ამ სიტუაციაში სამაშველოში მოდის კვანძოვანი ბაქტერია, რომელიც მას ნიტრატისა და ამონიუმის ფორმად აქცევს.
თიონის ბაქტერია
თიონ პროკარიოტები ასევე ქიმიოსინთეზური ბაქტერიებია. მათი ენერგიის წყაროა სხვადასხვა გოგირდის ნაერთები. ამ ტიპის ბაქტერიები ამცირებენ მათ გოგირდის მჟავამდე. ამ რეაქციას თან ახლავს გარემოს pH-ის მნიშვნელოვანი დაქვეითება. თიონური ბაქტერიები მიეკუთვნება აციდოფილების ჯგუფს. ეს მოიცავს ორგანიზმებს, რომლებსაც შეუძლიათ გადარჩენა მაღალი მჟავიანობის პირობებში. ასეთი პირობები ტიპიურია ჭაობებისთვის. Thianaceae-სთან ერთად ეს ჯგუფი შედგება რძემჟავა და ძმარმჟავას ბაქტერიებისგან, ფლაგელატებისგან და როტიფერებისგან.
წყალბადის ბაქტერია
ამ ტიპის პროკარიოტები ნიადაგის ბინადარნი არიან. ისინი იჟანგება მოლეკულურ წყალბადს წყალში ენერგიის გამოყოფით. ასეთი ბაქტერიებიც შედის თერმოფილების ჯგუფში. ეს ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ გადარჩენა მაღალ ტემპერატურაზე, რომელიც შეიძლება მიაღწიოს 50 გრადუს ცელსიუსს. წყალბადის ბაქტერიების ეს უნარი განპირობებულია იმით, რომ ისინი გამოყოფენ სპეციალურ ფერმენტებს, რომლებიც ასეთ პირობებშიც ფუნქციონირებენ.
როლიქიმიოსინთეზური ბაქტერია
ქიმიოტროფები დიდ როლს ასრულებენ ბუნებაში შესაბამისი ქიმიკატების ტრანსფორმაციისა და ცირკულაციის რთულ პროცესებში. ვინაიდან წყალბადის სულფიდი და ამიაკი საკმაოდ ტოქსიკური ნივთიერებებია, საჭიროა მათი განეიტრალება. ამას ასევე ახორციელებენ ქიმიოტროფული ბაქტერიები. ქიმიური გარდაქმნების დროს წარმოიქმნება სხვა ორგანიზმებისთვის აუცილებელი ნივთიერებები, რაც შესაძლებელს ხდის მათ ნორმალურ ზრდა-განვითარებას. რკინისა და მანგანუმის მადნების დიდი საბადოები ზღვებისა და ჭაობების ფსკერზე წარმოიქმნება ქიმიოტროფების აქტივობის გამო. კერძოდ, რკინის ბაქტერია.
ადამიანმა ისწავლა ქიმიოტროფების უნიკალური თვისებების გამოყენება თავის საქმიანობაში. მაგალითად, გოგირდოვანი ბაქტერიების დახმარებით ისინი ასუფთავებენ ჩამდინარე წყლებს გოგირდწყალბადისგან, იცავენ ლითონისა და ბეტონის მილებს კოროზიისაგან და ნიადაგებს მჟავიანობისგან.
ასე რომ, ქიმიოსინთეზური ბაქტერიები არის სპეციალური პროკარიოტები, რომლებსაც შეუძლიათ განახორციელონ შესაბამისი ქიმიური რეაქციები ანაერობულ პირობებში. ეს ორგანიზმები ჟანგავს ნივთიერებებს. ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ამ შემთხვევაში, ჯერ ინახება ATP ობლიგაციებში, შემდეგ კი გამოიყენება სიცოცხლის პროცესების განსახორციელებლად. მთავარია რკინის, გოგირდის და აზოტის დამამყარებელი ბაქტერიები. ისინი ცხოვრობენ როგორც წყალში, ასევე ნიადაგში. ქიმიოტროფები ნივთიერებების ციკლის შეუცვლელი რგოლია, ცოცხალ ორგანიზმებს ამარაგებს საჭირო ნივთიერებებით და ფართოდ იყენებენ ადამიანები თავიანთ ეკონომიკურ და სამრეწველო საქმიანობაში.
