Sva živa bića zahtijevaju način za proizvodnju energije kako bi napajali metaboličke, sintetičke i reproduktivne strojeve unutar svojih stanica. U konačnici, svako živo biće koristi molekulu ATP (adenozin trifosfat) za ovu svrhu.
Zauzvrat, da bi molekule dobivale energiju, one molekule, koje se nazivaju hranjivim tvarima, moraju se lako pronaći i jednostavno razbiti. Glukoza odgovara ovom opisu za većinu života na Zemlji. Neki organizmi dobivaju glukozu probavljanjem onoga što jedu; drugi to moraju napraviti ili stvoriti druge ugljikohidrate.
Daleko ispod površine oceana, gdje su pritisci ekstremni, a hranjivih tvari malo, određene zajednice organizama mogu ne samo preživjeti, već i napredovati. Zapravo, slučajno to čine dok se skupljaju okolo hidrotermalnaventilacijski otvori, otvori na morskom dnu koji emitiraju ekstremnu toplinu i kemikalije koje mnoge vrste ne mogu podnijeti (poput minijaturnih vulkana). Ovi kemosintetski organizmi predstavljaju i znatiželju i trijumf evolucije u smislu načina na koji proizvode hranu.
Kako organizmi dobivaju hranu
Organizmi se mogu klasificirati kao prokarioti, čije stanice nemaju organele povezane s membranom i razmnožavaju se nespolno, ili eukarioti, čije stanice imaju svoju DNK zatvorenu u jezgrama i sadrže mnoštvo membrana vezanih organela u citoplazmi. Među organele povezane s membranom nalaze se mitohondriji, a u biljkama i kloroplasti.
Mitohondriji omogućuju svim eukarionima da aerobno razgrađuju glukozu do ugljičnog dioksida, vode i energije; kloroplasti omogućuju biljkama da grade glukozu iz ugljičnog dioksida jer je ne mogu unijeti.
Kemosinteza je dobivanje ugljika iz ugljičnog dioksida plus energija iz drugih sredstava, opisanih u nastavku. Kemosinteza je tako usko povezana s fotosintezom. Zapravo, zajedno čine kemosintetski organizmi i fotosintetski organizmi autotrofi, ili klasa živih bića koja umjesto hrane unose hranu. Kao što ćete vidjeti, to mogu biti prokarioti ili eukarioti.
Što su autotrofi?
Autotrofi su organizmi koji mogu proizvesti ili sintetizirati vlastitu hranu sve dok je prisutan izvor ugljika i izvor energije. Ovaj minimalni izvor ugljika obično je u obliku ugljični dioksid (CO2), molekula koja je gotovo svugdje na i iznad planeta.
Ljudi i druge životinje ga izlučuju kao otpad. Biljke i drugi autotrofi koriste ga kao gorivo, održavajući jedan od najvažnijih i konačnijih biokemijskih ciklusa u prirodi.
Biljke su najpoznatija vrsta autotrofa, ali razne druge razaraju globalnu biosferu, često daleko od ljudskih očiju. Alge, fitoplanktoni i određene bakterije su autotrofi. Osobito su zanimljive bakterije koje mogu preživjeti duboko u moru zbog svog kemosintetskog metabolizma.
Kemosinteza: definicija
Kemosinteza je postupak kojim se energija dobiva mikrobnim posredovanjem određenih kemijskih reakcija. Izvor energije za kemosintezu je energija oslobođena kemijskom reakcijom (oksidacija anorganske tvari), a ne energija dobivena sunčevom svjetlošću ili drugim svjetlom.
Izvor ugljika ostaje CO2i kisik (kao O2) mora biti prisutan da bi djelovao na anorgansku molekulu, ali ta anorganska molekula može biti plinoviti vodik (H2), sumporovodik (H2S) ili amonijak (NH3), ovisno o okolišu u pitanju. Koji god ugljikohidrati nastali za uporabu stanice, imat će oblik (CH2O)N, jer to vrijedi za sve ugljikohidrate po definiciji.
Jedna jednadžba kemosinteze prikazuje pretvorbu ugljičnog dioksida u ugljikohidrate dok se sumporovodik oksidira u vodu i sumpor:
CO2+ O2 + 4 H2S → CH2O + 4 S + 3 H2O
Kemosintetske bakterije i primjeri života
Neki organizmi mogu preživjeti u blizini otvora na morskom dnu, jer oni emitiraju vodu temperature oko 5 do 100 ° C (41 do 212 ° F). Ovo nije baš toplo i gostoljubivo, ali nedosljedna i ponekad žestoka vrućina bolja je od nikakve topline ako imate pravu enzimatsku opremu.
Neke „bakterije“ u tim tzv hidrotermalne ventilacijske zajednice zapravo jesu Arheje, prokariontski organizmi usko povezani s bakterijama (i ranije zvane arhebakterije). Jedan od primjera je Metanopyrus kandleri, koji s neobičnom lakoćom podnosi vrlo slana i vrlo topla okruženja. Ova vrsta dobiva energiju iz plinovitog vodika i oslobađa metan (CH4).