Хемосинтез

Хемоси́нтез — це процес синтезу органічних речовин з вуглекислого газу за рахунок енергії окиснення аміаку, сірководню й інших речовин, який здійснюється мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності.

Нітрифікуючі бактерії послідовно окиснюють аміак (NH₃) до нітритів (солі HNO₂), а потім — до нітратів (солі HNO₃). Залізобактерії одержують енергію за рахунок окиснення сполук двовалентного заліза до тривалентного. Вони беруть участь в утворенні покладів залізних руд. Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень та інші сполуки сірки до сірчаної кислоти (H₂SO₄).

Процес хемосинтезу відкрив 1887 року видатний український мікробіолог С. М. Виноградський. Хемосинтезувальні мікроорганізми відіграють виняткову роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні цикли (біогеохімічний колообіг речовин) — це обмін речовинами та забезпечення потоку енергії між різними компонентами біосфери, внаслідок життєдіяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер.

Процес хемосинтезу здійснюють хемоавтотрофні бактерії:

• нітрофікуючі бактерії (окиснюють аміак спочатку до нітритів (солі нітритної кислоти), а згодом — до нітратів (солі нітратної кислоти));
• залізобактерії (окиснюють сполуки двовалентного Феруму до трьохвалентного);
• сіркобактерії (окиснюють сірководень та інші сполуки Сульфуру до сульфатної кислоти).

Особливості хемосинтезу

Серед основних особливостей можна виділити:

• здійснюється без участі світла;
• відбувається з використанням кисню, тобто це аеробний процес.

Значення

У планетарному масштабі хемосинтез становить не більше 1 % фотосинтезу, проте він має велике значення для біологічного колообігу та геохімічних перетворень. Значення хемосинтетиків є важливим у природі, оскільки вони беруть участь в утворенні гірських порід, спричиняють корозію металів. Хемоавтотрофні організми можуть жити в океанах на великих глибинах, де є отруйний сірководень. Вони окиснюють його і отримують важливі речовини для життєдіяльності. Хемосинтезуючі бактерії, що окиснюють сполуки Феруму, Мангану, поширені у прісних водоймах. Імовірно, що саме за їх участю впродовж мільйонів років на дні деяких боліт, озер утворилися поклади залізних і манганових руд. Також, деякі хемосинтезуючі бактерії використовуються людиною для очищення стічних вод.

Хемосинтез як інноваційний напрямок для наукових досліджень

Незважаючи на те, що процес хемосинтезу відомий понад сто років, він є важливим і сьогодні в перетворенні хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Наразі потребують наукового обґрунтування та додаткових досліджень процеси життєдіяльності нітрифікувальних бактерій, у результаті яких відбувається окислення аміаку до нітратної кислоти. Здатність бактерій перетворювати неорганічні речовини на органічні дає змогу стверджувати, що хемосинтетики можуть накопичувати цінні ресурси для потреб людства.

Хемосинтетичні спільноти в різних середовищах являють собою важливі біологічні системи з погляду їхньої екології, еволюції та біогеографії, а також їхнього потенціалу як індикаторів наявності постійних джерел енергії на основі вуглеводнів. У процесі хемосинтезу бактерії продукують органічні речовини там, де фотосинтез неможливий. Виділення термофільних сульфатовідновлювальних бактерій Thermodesulfovibrio yellowstonii й інших видів хемосинтетиків відкриває перспективи для подальших наукових досліджень. Хемосинтез залишається актуальним для інноваційних технологій, збереження екосистем, життєдіяльності людства загалом. Роль у відкритті явища хемосинтезу Сергія Виноградського є недооціненою та потребує подальшого дослідження та популяризації.

Див. також

• Фотосинтез
• Печера Мовіле — печера в якій життя базується на хемосинтезі

Література

• Кузнецов С. И., Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность, Л., 1970;
• Заварзин Г. А., Литотрофные микроорганизмы, М., 1972;
• Каравайко Г. И., Кузнецов С. И., Голомзик А. И., Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, М., 1972.

Джерела

• [1]
• [2]
• [3]

Посилання

• Хемосинтез // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
• Хемосинтез // Словник-довідник з екології : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 186-187.
• О.А. Параска Б.П. Мацелюх Хемосинтез: історія інновацій // Інфузія & Хіміотерапія. №— 2 (2022). — С. 50-56 — ISSN 2663-0338