地球 上のほとんどの生命は、 生産 生物によって行われる 光合成 プロセスに依存しています。しかし、深海や地下深部など、光が不足して光合成が不可能な場所もあります。これに関連して、光に依存しない同様のプロセスである 化学合成 が取り上げられます。
光合成と同様に、化学合成は、 二酸化炭素 (CO 2 ) や メタン (CH 4 ) などの 炭素 分子を、生物が食物として使用する有機物に変換する 独立栄養 プロセスです。ただし、化学合成を構成する反応では、光エネルギーの代わりに、特定の無機分子の酸化によって放出されるエネルギーが使用されます。このエネルギー源は、 硫黄 (S)、 水素 (H)、 窒素 (N)、 マンガン (Mg)、 鉄 (Fe) などの元素を含む分子から得られます。化学合成生物には、光のない環境に生息する 細菌 や 古細菌 が含まれます。
最もよく知られている化学合成反応の 1 つは、エネルギー源として硫化水素 (H 2 S) を使用する細菌から生じ、海底温泉に近い地域ではいくつかの 食物連鎖 の基礎として機能します。これらの細菌は、その地域で自由な生物として存在するか、他の生物と 共生 関係を形成します。これらの関係の良い例は、ポゴノフォアとして知られる多毛類の場合です。これらの動物は 環形動物 で、 海底 の温泉の近くで垂直な管を形成し、多毛類の消化器系の器官に生息する化学合成細菌と共生します。これらの細菌は、温泉から放出される硫化水素の酸化により グルコース (C 6 H 12 O 6 ) を生成し、細菌自身とポゴノフォア宿主の両方に食料源を提供します。硫化水素を使用した化学合成プロセスの一般式は次のとおりです。
12 H 2 S + 6 CO 2 = C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 12 S
上記の反応は、光合成が酸素ガスを放出するのに対し、化学合成は固体硫黄を生成することを除いて、光合成によってグルコースを生成する反応に似ていることがわかります。反応を行っている細菌の 細胞質 には黄色の硫黄顆粒が見えます。
さらに、陸上環境の土壌に生息する細菌も化学合成を行うことができ、最もよく知られているのはエネルギー源として窒素化合物を使用する細菌です。これらの細菌はニトロバクテリアと呼ばれ、 ニトロソモナス 属と ニトロバクター 属に属し、地球上の 窒素循環 に不可欠です。
ニトロソモナス 属の細菌は、土壌中に存在する アンモニア (NH 3 ) を酸化し、亜硝酸イオン (NO 2 – ) に変換してエネルギーを放出します。このエネルギーは、二酸化炭素からグルコースを生成するために使用されます。以下は、 ニトロソモナス によって実行される化学合成反応の一般式です。
2 NH 3 + 3 O 2 = 2 NO 2 – + 2 H 2 O + 2H + + エネルギー
6 CO2 + 6 H 2 O + エネルギー = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
次に、 ニトロバクター 属の細菌は、亜硝酸イオン (NO 2 – ) を酸化して硝酸イオン (NO 3 – ) に変換し、 エネルギーを放出します 。 ニトロソモナス と同じように、 ニトロバクターは このエネルギーを使用して、次の反応に従って CO 2 から有機グルコース分子を生成します。
2 NO 2 – + O 2 = 2 NO 3 – + エネルギー
6 CO 2 + 6 H 2 O + エネルギー = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
参考文献:
Amabis、JM & Martho、GR、2006 年。現代生物学の基礎: 1 冊。第 4 版、モデルナ編集部、サンパウロ、839 ページ。
Smith, C. 2012. 深海における化学合成: 太陽のない生命。生物地球科学ディスカッション、9: 17037-17052。
ウェブサイト:
http://www.unioeste.br/cursos/cascavel/biotecnologia/aulas/2008/aula_bact_fixadora_N_2008.pdf
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