Παρόλο που μπορεί να φαίνονται πολύ διαφορετικά ή ακόμη λιγότερο εξελιγμένα με την πρώτη ματιά, τα προκαρυωτικά έχουν τουλάχιστον ένα κοινό σημείο με όλους τους άλλους οργανισμούς: απαιτούν καύσιμο για να τροφοδοτήσουν τη ζωή τους. Προκαρυώτες, που περιλαμβάνουν οργανισμούς στους τομείς Βακτήρια και Αρχαία, είναι πολύ διαφορετικά όταν πρόκειται για μεταβολισμό ή τις χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούν οι οργανισμοί για την παραγωγή καυσίμου.
Για παράδειγμα, μια κατηγορία προκαρυωτικών, ονομάζεται ακροφιλία, ευδοκιμούν σε συνθήκες που θα εξουδετερώσουν άλλες μορφές ζωής, όπως το υπερθερμαινόμενο νερό υδροθερμικών αεραγωγών βαθιά στον ωκεανό. Αυτά τα βακτήρια θείου χειρίζονται θερμοκρασίες νερού έως και 750 βαθμούς Φαρενάιτ, και παίρνουν τα καύσιμα τους από το υδρόθειο που βρίσκεται στους αεραγωγούς.
Μερικοί από τους πιο σημαντικούς προκαρυώτες βασίζονται στη λήψη φωτονίων για να παράγουν τα καύσιμα τους μέσω της φωτοσύνθεσης. Αυτοί οι οργανισμοί είναι φωτοτροφικά.
Τι είναι το Phototroph;
Η λέξη
φωτοτροφία δίνει την πρώτη ένδειξη που αποκαλύπτει τι κάνει αυτούς τους οργανισμούς σημαντικούς. Σημαίνει «ελαφριά τροφή» στα ελληνικά. Με απλά λόγια, τα φωτοτρόπια είναι οργανισμοί που παίρνουν την ενέργειά τους από φωτόνια ή σωματίδια φωτός. Ίσως το γνωρίζετε ήδη πράσινα φυτά χρησιμοποιήστε το φως για να κάνετε ενέργεια φωτοσύνθεση.Ωστόσο, αυτή η διαδικασία δεν περιορίζεται στα φυτά. Πολλοί προκαρυωτικοί και ευκαρυωτικοί οργανισμοί πραγματοποιούν φωτοσύνθεση για να φτιάξουν τη δική τους τροφή, συμπεριλαμβανομένων φωτοσυνθετικών βακτηρίων και ορισμένων φύκια.
Ενώ η φωτοσύνθεση είναι παρόμοια μεταξύ όλων των οργανισμών που το κάνουν, η διαδικασία της βακτηριακής φωτοσύνθεσης είναι λιγότερο περίπλοκη από τη φωτοσύνθεση των φυτών.
Τι είναι η βακτηριακή χλωροφύλλη;
Όπως τα πράσινα φυτά, τα φωτοτροφικά βακτήρια χρησιμοποιούν χρωστικές ουσίες για να συλλάβουν τα φωτόνια ως πηγές ενέργειας για τη φωτοσύνθεση. Για τα βακτήρια, αυτά είναι βακτηριοχλωροφύλλες βρέθηκε στη μεμβράνη του πλάσματος (και όχι στο χλωροπλάστες σαν φυτό χλωροφύλλη χρωστικές).
Τα βακτηριοχλωροφύλλια υπάρχουν σε επτά γνωστές ποικιλίες, με την ένδειξη a, b, c, d, e, cμικρό ή ζ. Κάθε παραλλαγή είναι δομικά διαφορετική και ως εκ τούτου μπορεί να απορροφήσει έναν συγκεκριμένο τύπο φωτός από το φάσμα, που κυμαίνεται από υπέρυθρη ακτινοβολία έως κόκκινο φως έως πολύ κόκκινο φως. Ο τύπος της βακτηριοχλωροφύλλης που περιέχει ένα φωτοτροφικό βακτήριο εξαρτάται από το είδος του.
Βήματα στη βακτηριακή φωτοσύνθεση
Όπως και η φωτοσύνθεση των φυτών, η βακτηριακή φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε δύο στάδια: ελαφριές αντιδράσεις και σκοτεινές αντιδράσεις.
Στο ελαφριά σκηνή, οι βακτηριοχλωροφύλλες συλλαμβάνουν φωτόνια. Η διαδικασία απορρόφησης αυτής της ελαφριάς ενέργειας διεγείρει τη βακτηριοχλωροφύλλη, προκαλώντας μια χιονοστιβάδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και τελικά την παραγωγή τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδίου αδενίνης (NADPH).
Στο σκοτεινό στάδιο, αυτά τα μόρια ATP και NADPH χρησιμοποιούνται σε χημικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οργανικό άνθρακα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται στερέωση άνθρακα.
Διαφορετικοί τύποι βακτηρίων παράγουν καύσιμα στερεώνοντας τον άνθρακα με διαφορετικούς τρόπους χρησιμοποιώντας μια πηγή άνθρακα όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Για παράδειγμα, τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν το Κύκλος Calvin. Αυτός ο μηχανισμός χρησιμοποιεί μια ένωση με πέντε άνθρακες που ονομάζεται RuBP για να πιάσει ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα και να σχηματίσει ένα μόριο με έξι άνθρακες. Αυτό χωρίζεται σε δύο ίσα κομμάτια και το μισό βγαίνει από τον κύκλο ως μόριο σακχάρου.
Το άλλο μισό μετατρέπεται σε μόριο με πέντε άνθρακες, χάρη στις αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ATP και NADPH. Στη συνέχεια, ο κύκλος ξεκινά ξανά. Άλλα βακτήρια βασίζονται στο αντίθετο Κύκλος Krebs, η οποία είναι μια σειρά χημικών αντιδράσεων που χρησιμοποιούν δότες ηλεκτρονίων (όπως υδρογόνο, σουλφίδιο ή θειοθειικό) για την παραγωγή οργανικού άνθρακα από τις ανόργανες ενώσεις διοξείδιο του άνθρακα και νερό.
Γιατί είναι σημαντικές οι φωτοτροφίες;
Φωτοτροφικά που χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση (ονομάζεται φωτοαυτότροφα) αποτελούν τη βάση της τροφικής αλυσίδας. Άλλοι οργανισμοί που δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση παίρνουν τα καύσιμα τους χρησιμοποιώντας φωτοατροτροφικούς οργανισμούς ως πηγή τροφής.
Επειδή δεν μπορούν να μετατρέψουν μόνοι τους το φως σε καύσιμο, αυτοί οι οργανισμοί τρώνε απλώς τους οργανισμούς που κάνουν και χρησιμοποιούν το σώμα τους ως πηγή ενέργειας. Δεδομένου ότι η στερέωση άνθρακα χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα για την παραγωγή καυσίμου με τη μορφή μορίων σακχάρου, τα φωτοτρόπια συμβάλλουν στη μείωση της περίσσειας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.
Τα φωτοτρόπια μπορεί ακόμη και να είναι υπεύθυνα για το ελεύθερο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα που σας επιτρέπει να αναπνεύσετε και να ευδοκιμήσετε στη Γη. Αυτή η δυνατότητα - που ονομάζεται Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης - το προτείνει κυανοβακτήρια Η εκτέλεση της φωτοσύνθεσης και η απελευθέρωση οξυγόνου ως παραπροϊόν τελικά παρήγαγε πολύ οξυγόνο για να απορροφηθεί από το σίδηρο στο περιβάλλον.
Αυτή η περίσσεια έγινε μέρος της ατμόσφαιρας και διαμορφώθηκε εξέλιξη στον πλανήτη από εκείνο το σημείο προς τα εμπρός, επιτρέποντας τελικά στους ανθρώπους να αναδυθούν.