ما هو مصدر الطاقة للتخليق الكيميائي؟

تتطلب جميع الكائنات الحية طريقة لإنتاج الطاقة من أجل تشغيل الآلات الأيضية والتركيبية والتناسلية داخل خلاياها. في النهاية ، كل كائن حي يستخدم الجزيء ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) لهذا الغرض.

في المقابل ، لاشتقاق الطاقة من الجزيئات ، يجب أن يكون من السهل العثور على تلك الجزيئات ، المسماة بالمغذيات ، وأن تتحلل بسهولة. يناسب الجلوكوز هذا الوصف لمعظم أشكال الحياة على الأرض. تحصل بعض الكائنات الحية على الجلوكوز عن طريق هضم ما تأكله ؛ البعض الآخر يجب أن يصنعوه أو يصنعوا كربوهيدرات أخرى.

بعيدًا تحت سطح المحيط ، حيث تكون الضغوط شديدة وتندر المغذيات ، لا تستطيع مجتمعات معينة من الكائنات الحية البقاء على قيد الحياة فحسب ، بل الازدهار. ليس عن طريق الصدفة ، في الواقع ، يفعلون ذلك أثناء التجمع حولها الحرارية المائيةفتحات، فتحات في قاع البحر تنبعث منها حرارة شديدة ومواد كيميائية لا تستطيع العديد من الأنواع تحملها (مثل البراكين المصغرة). هؤلاء كائنات التخليق الكيميائي يمثلان فضولًا وانتصارًا للتطور من حيث كيفية صنع الطعام.

يمكن تصنيف الكائنات الحية على أنها بدائيات النوى, الخلايا التي تفتقر إلى عضيات مرتبطة بالغشاء وتتكاثر لاجنسيًا ، أو

تسمح الميتوكوندريا لجميع حقيقيات النوى بتفكيك الجلوكوز هوائيًا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة ؛ تسمح البلاستيدات الخضراء للنباتات ببناء الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون لأنها لا تستطيع تناوله.

التخليق الكيميائي هو اشتقاق الكربون من ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الطاقة من عوامل أخرى ، كما هو موضح أدناه. وبالتالي ، يرتبط التركيب الكيميائي ارتباطًا وثيقًا بعملية التمثيل الضوئي. في الواقع ، تشكل كائنات التخليق الكيميائي والكائنات الحية الضوئية معًا التغذية الذاتية، أو فئة الكائنات الحية التي تصنع طعامها بدلاً من أن تأكله. يمكن أن تكون هذه بدائيات النوى أو حقيقيات النوى ، كما سترى.

التغذية التلقائية هي كائنات حية يمكنها إنتاج أو تصنيع طعامها طالما يوجد مصدر للكربون ومصدر للطاقة. عادة ما يكون هذا المصدر الأدنى للكربون في شكل ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، جزيء موجود فعليًا في كل مكان على الكوكب وفوقه.

يفرزها البشر والحيوانات الأخرى كنفايات. تستخدمه النباتات وغيرها من ذاتية التغذية كوقود ، مما يحافظ على واحدة من الدورات الكيميائية الحيوية الأكثر ضخامة ونهائية في الطبيعة.

النباتات هي النوع الأكثر شيوعًا من autotroph ، لكن هناك أنواعًا أخرى مختلفة تنتشر في المحيط الحيوي العالمي ، وغالبًا ما تكون بعيدة عن أعين الإنسان. الطحالب والعوالق النباتية وبعض البكتيريا هي ذاتية التغذية. على وجه الخصوص ، للبكتيريا التي يمكن أن تعيش في أعماق البحار أهمية خاصة بسبب التمثيل الغذائي الكيميائي.

التخليق الكيميائي هي عملية يتم من خلالها اشتقاق الطاقة عن طريق الوساطة الميكروبية لتفاعلات كيميائية معينة. مصدر الطاقة للتخليق الكيميائي هو الطاقة المحررة من تفاعل كيميائي (أكسدة مادة غير عضوية) بدلاً من الطاقة التي يتم حصادها من ضوء الشمس أو ضوء آخر.

يبقى مصدر الكربون ثاني أكسيد الكربون₂والأكسجين (مثل O₂) يجب أن يكون موجودًا للعمل على الجزيء غير العضوي ، ولكن قد يكون هذا الجزيء غير العضوي غاز الهيدروجين (H₂) ، كبريتيد الهيدروجين (H₂S) أو الأمونيا (NH₃) ، اعتمادًا على البيئة المعنية. مهما كانت الكربوهيدرات التي يتم تكوينها لاستخدام الخلية ، فسيكون لها الشكل (CH₂س)_ن، لأن هذا ينطبق على جميع الكربوهيدرات بحكم التعريف.

تصور إحدى معادلات التخليق الكيميائي تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات حيث يتأكسد كبريتيد الهيدروجين إلى ماء وكبريت:

كو₂+ س₂ + 4 ح₂S → CH₂O + 4 S + 3 H₂ا

يمكن لبعض الكائنات الحية أن تعيش بالقرب من فتحات قاع البحر ، لأنها تنبعث منها مياه بدرجة حرارة تتراوح من 5 إلى 100 درجة مئوية (41 إلى 212 درجة فهرنهايت). هذا ليس دافئًا وترحيبيًا على وجه التحديد ، ولكن الحرارة غير المتسقة والعنيفة في بعض الأحيان أفضل من عدم وجود حرارة على الإطلاق إذا كان لديك المعدات الأنزيمية المناسبة.

بعض "البكتيريا" في هذه ما يسمى مجتمعات الفتحات الحرارية المائية هي في الواقع العتيقة، الكائنات بدائية النواة وثيقة الصلة بالبكتيريا (والتي كانت تسمى سابقًا البكتيريا العتيقة). مثال واحد هو Methanopyrus kandleri، الذي يتحمل البيئات شديدة الملوحة والدافئة بسهولة غير عادية. تحصل هذه الأنواع على الطاقة من غاز الهيدروجين وتطلق غاز الميثان (CH₄).