כל היצורים החיים דורשים דרך לייצר אנרגיה על מנת להניע את המכונות המטבוליות, הסינתטיות והפריון בתוך תאיהם. בסופו של דבר, כל יצור חי משתמש במולקולה ATP (אדנוזין טריפוספט) למטרה זו.
בתורו, כדי להפיק אנרגיה ממולקולות, המולקולות האלה, המכונות חומרים מזינים, חייבות להיות קלות למצוא ופשוטות לפירוק. גלוקוז מתאים לתיאור זה במשך רוב החיים על פני כדור הארץ. חלק מהאורגניזמים מקבלים גלוקוז על ידי עיכול מה שהם אוכלים; אחרים צריכים להכין אותו או להכין פחמימות אחרות.
הרחק מתחת לפני האוקיאנוס, שם הלחצים קיצוניים וחסרי המזון נדירים, קהילות מסוימות של אורגניזמים מסוגלות לא רק לשרוד אלא לשגשג. לא במקרה, הם עושים זאת תוך שהם מקבצים סביב הידרותרמיתפתחי אוורור, פתחים בקרקעית הים הפולטים חום קיצוני וכימיקלים שמינים רבים אינם יכולים לסבול (כמו הרי געש זעירים). אלה אורגניזמים כימוסינתטיים מייצגים גם סקרנות וגם ניצחון של אבולוציה מבחינת האופן שבו הם מכינים אוכל.
איך אורגניזמים מקבלים אוכל
ניתן לסווג אורגניזמים כ- פרוקריוטים, לתאים חסרים אברונים הקשורים לקרום ומתרבים באופן לא-מיני, או אקריוטים, שלתאים שלהם ה- DNA שלהם סגור בגרעינים וכולל שורה של אברונים הקשורים לקרום בציטופלזמה. בין אותם אברונים הקשורים לקרום נמצאים המיטוכונדריה ובצמחים כלורופלסטים.
המיטוכונדריה מאפשרת לכל האיקריוטים לפרק גלוקוז באופן אירובי לפחמן דו חמצני, מים ואנרגיה; כלורופלסטים מאפשרים לצמחים לבנות גלוקוז מפחמן דו חמצני מכיוון שהם אינם יכולים לבלוע אותו.
כימוסינתזה היא נגזרת של פחמן מפחמן דו חמצני בתוספת אנרגיה מסוכנים אחרים, המתואר להלן. לכן כימוסינתזה קשורה קשר הדוק לפוטוסינתזה. למעשה, יחד, אורגניזמים כימוסינתטיים ואורגניזמים פוטוסינתטיים מהווים את אוטוטרופים, או מעמד היצורים החיים שמייצרים, במקום לבלוע, אוכל משלהם. אלה יכולים להיות פרוקריוטים או אקריוטים, כפי שתראה.
מה הם אוטוטרופים?
אוטוטרופים הם אורגניזמים שיכולים לייצר, או לסנתז, את המזון שלהם כל עוד קיים מקור של פחמן ומקור אנרגיה. מקור פחמן מינימלי זה בדרך כלל בצורה של פחמן דו חמצני (CO2), מולקולה שנמצאת כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ ומעל.
בני אדם ובעלי חיים אחרים מפרישים אותה כפסולת. צמחים ואוטוטרופים אחרים משתמשים בו כדלק, ושומרים על אחד המחזורים הביוכימיים הגדולים והמובהקים יותר של הטבע.
צמחים הם הסוג המוכר ביותר של אוטוטרופ, אך אחרים שונים מנקדים את הביוספרה הגלובלית, לעתים קרובות רחוקה מעיני האדם. אצות, פיטופלנקטון וחיידקים מסוימים הם אוטוטרופים. בפרט, החיידקים שיכולים לשרוד עמוק בים מעניינים במיוחד בגלל חילוף החומרים הכימוסינתטיים שלהם.
כימוסינתזה: הגדרה
כימוסינתזה הוא תהליך בו אנרגיה מופקת באמצעות תיווך מיקרוביאלי של תגובות כימיות מסוימות. מקור האנרגיה לכימוסינתזה הוא אנרגיה המשתחררת מתגובה כימית (חמצון של חומר אנאורגני) ולא מאנרגיה שנקטפה מאור השמש או מאור אחר.
מקור הפחמן נשאר CO2וחמצן (כמו O2) חייב להיות נוכח כדי לפעול על המולקולה האורגנית, אך מולקולה אנאורגנית זו עשויה להיות גז מימן (H2), מימן גופרתי (H2S) או אמוניה (NH3), בהתאם לסביבה המדוברת. לא משנה מה שייווצר פחמימה לשימוש בתא תהיה הטופס (CH2O)נ, שכן זה נכון לגבי כל הפחמימות בהגדרה.
משוואה כימוסינתזה אחת מתארת את ההמרה של פחמן דו חמצני לפחמימה כאשר מימן גופרתי מתחמצן למים וגופרית:
שיתוף2+ O2 + 4 H2S → CH2O + 4 S + 3 H2או
חיידקים כימוסינתטיים ודוגמאות לחיים
אורגניזמים מסוימים יכולים לשרוד בסביבת פתחי אוורור בקרקעית הים, מכיוון שאלה פולטים מים בטמפרטורה של סביב 5 עד 100 מעלות צלזיוס (41 עד 212 מעלות צלזיוס). זה לא בדיוק חם ומסביר פנים, אבל חום לא עקבי ולעיתים אלים עדיף על שום חום בכלל אם יש לך את הציוד האנזימטי הנכון.
כמה "חיידקים" במה שמכונה קהילות פורקן הידרותרמיות הם למעשה ארכאה, אורגניזמים פרוקריוטיים הקשורים קשר הדוק לחיידקים (וכונה בעבר ארכיבקטריה). דוגמה אחת היא מתנופירוס קנדלרי, שסובל סביבות מלוחות מאוד וחמות מאוד בקלות יוצאת דופן. מין זה מקבל אנרגיה מגז מימן ומשחרר מתאן (CH4).