Хемосинтез
В природе органическое вещество создают не только зеленые растения, но и бактерии, не содержащие хлорофилла. Этот автотрофный процесс называется хемосинтезом, потому что осуществляется он благодаря энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др. Энергия, получаемая при окислении, запасается в организме в форме АТФ. Хемосинтез открыл (в 1889-1890 гг.) знаменитый русский микробиолог С.Н. Виноградский . В водоемах, вода которых содержит сероводород, живут бесцветные серобактерии . Энергию, необходимую для синтеза органических соединений из углекислого газа они получают, окисляя сероводород:
Хемосинтез - тип питания, свойственный некоторым микроорганизмам и способный создавать органические вещества из неорганических ( угольной кислоты и воды) за счет знергии, получаемой при окислении ими других неорганических веществ (например, аммиака, сероводорода).
2H2S + 02 =2H20 + 2S + Е Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты:
2S+302+2H20 =2H2S04 + Е Образовавшаяся в результате энергия (Е) также используется на синтез органического вещества из углекислого газа. Энергетический эффект окисления сероводорода до серной кислоты равен 666 кДж на каждую окисленную грамм-молекулу сероводорода. Колоссальное количество серобактерий имеется в Черном море , в котором глубже 200 м (а в некоторых местах почти от поверхности) вода насыщена сероводородом.
Чрезвычайно широко распространены в почве и в различных водоемах нитрифицирующие бактерии . Они добывают энергию путем окисления аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют очень важную роль в круговороте азота в природе . Аммиак , образующийся при гниении белков в почве или в водоемах, окисляется нитрифицирующими бактериями, которые С.Н. Виноградский назвал нитросомонас (Nitrosomonas) . Этот процесс отражает уравнение:
2NH3 + 302 = 2HN02 + 2H20 Энергия, выделяющаяся при этом (662 кДж), также используется для синтеза органических соединений вследствие восстановления углекислого газа. Дальнейшее окисление образовавшейся азотистой кислоты до азотной кислоты осуществляется другой группой нитрифицирующих микроорганизмов, названных С. Н. Виноградским нитробактером (Nitrobacter) :
2HN02+02 = 2HN03 Процесс сопровождается выделением 101 кДж. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит источником нитратов. Жизнедеятельность бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почв .
Широко распространены в почве также бактерии, окисляющие водород:
2Н2+02=2Н20 Водородные бактерии окисляют водород , постоянно образующийся при анаэробном (бескислородном) разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы . Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие соединения железа и марганца , также открыл С.Н. Виноградский. Они чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложенных руд железа и руд марганца . Академик В.И. Вернадский - основатель биогеохимии говорил о залежах железных и марганцевых руд как о результате жизнедеятельности этих бактерий в древние геологические периоды.
