Phototroph (استقلاب بدائيات النوى): ما هو؟

على الرغم من أنها قد تبدو مختلفة جدًا أو حتى أقل تعقيدًا للوهلة الأولى ، إلا أن بدائيات النوى تشترك في شيء واحد على الأقل مع جميع الكائنات الحية الأخرى: تتطلب الوقود لقوة حياتهم. بدائيات النوى، والتي تشمل الكائنات الحية في المجالات البكتيريا والعتائق ، متنوعة للغاية عندما يتعلق الأمر بعملية التمثيل الغذائي ، أو التفاعلات الكيميائية التي تستخدمها الكائنات الحية لإنتاج الوقود.

على سبيل المثال ، تسمى فئة واحدة من بدائيات النوى المتطرفين، تزدهر في ظروف من شأنها أن تقضي على أشكال الحياة الأخرى ، مثل المياه شديدة التسخين للفتحات الحرارية المائية في أعماق المحيط. تتعامل بكتيريا الكبريت هذه مع درجات حرارة الماء التي تصل إلى 750 درجة فهرنهايت على ما يرام ، وتحصل على وقودها من كبريتيد الهيدروجين الموجود في الفتحات.

تعتمد بعض أهم بدائيات النوى على التقاط الفوتون لإنتاج وقودها من خلال عملية التمثيل الضوئي. هذه الكائنات الحية فوتوتروفس.

الكلمة فوتوتروف يعطي الدليل الأول الذي يكشف ما الذي يجعل هذه الكائنات مهمة. وتعني "التغذية الخفيفة" في اليونانية. ببساطة ، الصور الضوئية هي كائنات حية تحصل على طاقتها من الفوتونات أو جسيمات الضوء. فى الغالب أنت تعلم ذلك

ومع ذلك ، لا تقتصر هذه العملية على النباتات. تقوم العديد من الكائنات بدائية النواة وحقيقيات النوى بعملية التمثيل الضوئي لصنع طعامها ، بما في ذلك بكتيريا التمثيل الضوئي وبعضها الطحالب.

في حين أن التمثيل الضوئي متشابه بين جميع الكائنات الحية التي تقوم بذلك ، فإن عملية التمثيل الضوئي البكتيري أقل تعقيدًا من عملية التمثيل الضوئي للنبات.

تمامًا مثل النباتات الخضراء ، تستخدم البكتيريا ذات التغذية الضوئية الأصباغ لالتقاط الفوتونات كمصادر للطاقة لعملية التمثيل الضوئي. بالنسبة للبكتيريا ، هذه هي الكلوروفيل الجرثومي وجدت في غشاء البلازما (وليس في البلاستيدات الخضراء مثل النبات الكلوروفيل أصباغ).

توجد جرثومة الكلوروفيل في سبعة أنواع معروفة ، مرقمة أ ، ب ، ج ، د ، هـ ، ج_س أو ز. يختلف كل متغير هيكليًا وبالتالي فهو قادر على امتصاص نوع معين من الضوء من الطيف ، بدءًا من الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء الأحمر إلى الضوء الأحمر البعيد. يعتمد نوع بكتيريا الكلوروفيل التي تحتوي عليها بكتيريا ضوئية على نوعها.

تتم عملية التمثيل الضوئي البكتيري على مرحلتين ، تمامًا مثل عملية التمثيل الضوئي للنبات: ردود الفعل الخفيفة و ردود فعل مظلمة.

في ال مرحلة الضوء، تلتقط بكتيريا الكلوروفيل الفوتونات. تثير عملية امتصاص هذه الطاقة الضوئية بكتيريا الكلوروفيل الجرثومي ، مما يؤدي إلى حدوث سيل من عمليات نقل الإلكترون وينتج في النهاية ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) و nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH).

في ال المرحلة المظلمة، تُستخدم جزيئات ATP و NADPH في التفاعلات الكيميائية التي تحول ثاني أكسيد الكربون إلى كربون عضوي من خلال عملية تسمى تثبيت الكربون.

تنتج أنواع مختلفة من البكتيريا الوقود عن طريق تثبيت الكربون بطرق مختلفة باستخدام مصدر كربون مثل ثاني أكسيد الكربون. على سبيل المثال ، تستخدم البكتيريا الزرقاء دورة كالفين. تستخدم هذه الآلية مركبًا يحتوي على خمسة ذرات كربون يسمى RuBP لالتقاط جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون وتشكيل جزيء من ستة ذرات كربون. ينقسم هذا إلى قطعتين متساويتين ، ويخرج نصف من الدورة كجزيء سكر.

النصف الآخر يتحول إلى جزيء يحتوي على خمسة ذرات كربون ، وذلك بفضل التفاعلات التي تتضمن ATP و NADPH. ثم تبدأ الدورة من جديد. تعتمد البكتيريا الأخرى على العكس دورة كريبس، وهي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تستخدم مانحين للإلكترون (مثل الهيدروجين أو الكبريتيد أو الثيوسلفات) لإنتاج الكربون العضوي من المركبات غير العضوية وثاني أكسيد الكربون والماء.

الصور الفوتوغرافية التي تستخدم التمثيل الضوئي (تسمى فوتوتروفس) تشكل قاعدة السلسلة الغذائية. الكائنات الحية الأخرى التي لا تستطيع إجراء عملية التمثيل الضوئي تحصل على وقودها باستخدام الكائنات ذات التغذية الضوئية كمصدر للغذاء.

لأنهم لا يستطيعون تحويل الضوء إلى وقود بمفردهم ، فإن هذه الكائنات ببساطة تأكل الكائنات الحية التي تستخدم أجسامها كمصدر للطاقة. نظرًا لأن تثبيت الكربون يستخدم ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الوقود في شكل جزيئات السكر ، فإن التغذية الضوئية تساعد في تقليل ثاني أكسيد الكربون الزائد في الغلاف الجوي.

قد تكون Phototrophs مسؤولة عن الأكسجين الحر في الغلاف الجوي الذي يمكّنك من التنفس والازدهار على الأرض. هذا الاحتمال - يسمى حدث الأوكسجين العظيم - يقترح ذلك البكتيريا الزرقاء أدى إجراء عملية التمثيل الضوئي وإطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي في النهاية إلى إنتاج الكثير من الأكسجين الذي لا يمكن امتصاصه بواسطة الحديد في البيئة.

أصبح هذا الفائض جزءًا من الغلاف الجوي وشكل تطور على الكوكب من تلك النقطة فصاعدًا ، مما يجعل من الممكن ظهور البشر في النهاية.