Литоавтотроф
Литоавтотроф восстановленных — организм, получающий энергию за счет реакций соединений минерального ( неорганического) происхождения. [1] По источнику энергии различают два типа литоавтотрофов; фотолитоавтотрофы получают энергию от света, а хемолитоавтотрофы (хемолитотрофы или хемоавтотрофы) получают энергию от химических реакций. [1] Хемолитоавтотрофы — исключительно микробы . Фотолитоавтотрофы включают макрофлору, например растения; они не обладают способностью использовать минеральные источники восстановленных соединений для получения энергии. Большинство хемолитоавтотрофов принадлежат к домену Bacteria , а некоторые — к домену Archaea . [1] Литоавтотрофные бактерии могут использовать только неорганические молекулы в качестве субстратов в своих реакциях высвобождения энергии. Термин «литотроф» происходит от греческого «литос» ( λίθος ), означающего «камень», и «трофос » (τροφοσ), означающего «потребитель»; буквально это можно прочитать «пожиратели камней». «Литотрофная» часть названия относится к тому факту, что эти организмы используют неорганические элементы/соединения в качестве источника электронов, тогда как «автотрофная» часть названия относится к тому, что их источником углерода является CO 2 . [1] Многие литоавтотрофы являются экстремофилами , но это не всегда так, и некоторые из них могут быть причиной кислотных дренажей шахт .
Литоавтотрофы чрезвычайно специфичны в источнике восстановленных соединений. Таким образом, несмотря на разнообразие использования неорганических соединений, которое литоавтотрофы демонстрируют как группу, один конкретный литоавтотроф будет использовать только один тип неорганических молекул для получения своей энергии. Хемолитотрофным примером являются анаэробные бактерии, окисляющие аммиак (АНАММОКС), которые используют аммиак и нитрит для производства N 2 . [1] Кроме того, в июле 2020 года исследователи сообщили об открытии хемолитоавтотрофных бактериальных культур, питающихся металлическим марганцем , после проведения несвязанных экспериментов, и назвали их бактериальные виды Candidatus Manganitropus noduliformans и Ramlibacter Lithotropicus . [3]
Метаболизм
[ редактировать ]Некоторые хемолитотрофы используют окислительно-восстановительные полуреакции с низким потенциалом восстановления для своего метаболизма, а это означает, что они не собирают много энергии по сравнению с организмами, которые используют органотрофные пути. [1] Это приводит к тому, что некоторые хемолитотрофы, такие как Nitrosomonas , не могут восстанавливать НАД. + напрямую; следовательно, эти организмы полагаются на обратный транспорт электронов для снижения НАД. + и образуют НАДН и H + . [1]
Геологические процессы
[ редактировать ]Литоавтотрофы участвуют во многих геологических процессах, таких как выветривание ( исходного материала коренной породы) с образованием почвы , а также биогеохимический круговорот серы , калия и других элементов. [1] Существование неоткрытых штаммов микробных литоавтотрофов теоретизируется на основе некоторых из этих циклов, поскольку они необходимы для объяснения таких явлений, как превращение аммония в средах, восстанавливающих железо. [4] Литоавтотрофы могут присутствовать в глубоких земных недрах (они были обнаружены на глубине более 3 км под поверхностью планеты), в почвах и в эндолитов сообществах . Поскольку литоавтотрофы отвечают за высвобождение многих важнейших питательных веществ и участвуют в формировании почвы , они играют решающую роль в поддержании жизни на Земле. Например, на азотистый цикл влияет активность архей, окисляющих аммоний, бактерий ANAMMOX и бактерий, окисляющих полный аммоний (COMAMMOX) рода Nitrospira . [4]
Некоторые опасности для окружающей среды, такие как аммоний (NH 4 + ), сероводород (H 2 S) и парниковый газ метан (CH 4 ) могут быть преобразованы хемолитоавтотрофами в формы, менее вредные для окружающей среды, такие как N 2 , SO 4 2- и СО 2 . [4] Хотя долгое время считалось, что этим организмам для этих преобразований необходим кислород, недавняя литература предполагает, что для этих систем также существует анаэробное окисление. [4]
Кислотный дренаж шахт
[ редактировать ]Литоавтотрофные микробные консорциумы ответственны за явление, известное как кислотный дренаж шахт , при котором пирит, присутствующий в хвостохранилищах шахт и обнаженных забоях горных пород, метаболизируется с использованием кислорода с образованием сульфитов , которые образуют потенциально коррозионную серную кислоту при растворении в воде и воздействии воздуха. кислород . [5] Кислотный дренаж шахт резко изменяет кислотность и химический состав грунтовых вод и ручьев и может поставить под угрозу популяцию растений и животных. Активность, аналогичная кислотному дренажу шахт, но в гораздо меньших масштабах, также обнаруживается в природных условиях, таких как скалистые ложа ледников , в почве и осыпях , а также в глубоких недрах.
См. также
[ редактировать ]- Цикл серы - пути перемещения серы по Земле
- Окислительно-восстановительные реакции - реакции, управляющие большей частью энергетического обмена и других химических процессов на Земле.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Хупер, AB; ДиСпирито, А.А. (2013), «Хемолитотрофия» , Энциклопедия биологической химии , Elsevier, стр. 486–492, doi : 10.1016/b978-0-12-378630-2.00219-x , ISBN 978-0-12-378631-9
- ^ Финли, Роджер Д.; Махмуд, Шахид; Розенсток, Николас; Болу-Би, Эмиль Б.; Кёлер, Стефан Дж.; Фахад, Заенаб; Рослинг, Анна; Валландер, Хокан; Белязид, Салим; Бишоп, Кевин; Лиан, Бин (2020). «Обзоры и синтезы: Биологическое выветривание и его последствия на разных пространственных уровнях – от наномасштаба до глобального масштаба» . Биогеонауки . 17 (6): 1507–1533. Бибкод : 2020BGeo...17.1507F . дои : 10.5194/bg-17-1507-2020 . ISSN 1726-4170 . S2CID 216276453 .
- ^ Ю, Ханг; Ледбеттер, Джаред Р. (2020). «Бактериальная хемолитоавтотрофия посредством окисления марганца» . Природа . 583 (7816): 453–458. Бибкод : 2020Natur.583..453Y . дои : 10.1038/s41586-020-2468-5 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 7802741 . ПМИД 32669693 .
- ^ Jump up to: а б с д ин 'т Зандт, Мишель Х; де Йонг, Анниек Э.Э.; Сломп, Кэролайн П ; Джеттен, Майк СМ (2018). «Охота на самых разыскиваемых хемолитоавтотрофных микробов-призраков» . ФЭМС Микробиология Экология . 94 (6). дои : 10.1093/femsec/fiy064 . ISSN 1574-6941 . ПМЦ 5989612 . ПМИД 29873717 .
- ^ Рамос, Хуан-Луис (2003). «Уроки генома литоавтотрофа: создание биомассы почти из ничего» . Журнал бактериологии . 185 (9): 2690–2691. дои : 10.1128/JB.185.9.2690-2691.2003 . ISSN 0021-9193 . ПМК 154387 . ПМИД 12700247 .