Әртүрлі заттарды хемосинтездейтін бактериялардың тіршілік процестері қалай реттеледі және жүзеге асады? Бұл сұрақтарға жауап беру үшін бірқатар биологиялық ұғымдарды түсіну керек.
Бактерияларға тән белгілер
Алдымен бактериялардың кім екенін анықтап алайық. Бұл бүкіл жабайы табиғат патшалығы. Олар ядросы жоқ микроскопиялық өлшемдегі бір жасушалы организмдер. Бірақ бұл бактериялардың тұқым қуалайтын ақпаратты беруге жауапты құрылымдары жоқ дегенді білдірмейді. Оның қарапайым ұйымы бар. Бұл нуклеоид деп аталатын цитоплазманың белгілі бір бөлігінде шоғырланған дөңгелек ДНҚ молекулалары.
Автотрофты тамақтанудың мәні
Хемосинтетикалық бактериялар, олардың мысалдары біздің мақалада талқыланатын болады, органикалық заттарды дербес шығарады. Олар өсімдіктер сияқты автотрофтар. Дегенмен, соңғылары бұл үшін күн сәулесінің энергиясын пайдаланады. Хлоропластардың жасыл пластидтерінің болуы оларға фотосинтез процесін жүргізуге мүмкіндік береді. Оның мәні глюкоза көмірсуларының түзілуінде жатырбейорганикалық заттар – су және көмірқышқыл газы. Бұл химиялық реакцияның тағы бір өнімі - оттегі. Бактериялар да автотрофтылар. Бірақ оларға қуат алу үшін күн сәулесі қажет емес. Олар басқа процесс – хемосинтезді жүзеге асырады.
Хемосинтез дегеніміз не
Хемосинтез – тотығу-тотықсыздану реакцияларының жүруіне байланысты органикалық заттардың түзілу процесі. Оны табиғатта тек прокариоттар жүзеге асырады. Хемосинтетикалық бактериялар органикалық заттарды синтездеу үшін күкірт, азот және темір қосылыстарын пайдалана алады. Бұл алдымен ATP байланыстарында жинақталған энергияны шығарады, содан кейін оны бактериялық жасушалар пайдалана алады.
Хемосинтетикалық бактериялар: тіршілік ету ортасы
Хемотрофтардың тіршілігі күн сәулесінің болуына байланысты болмағандықтан, олардың таралу аймағы айтарлықтай кең. Мысалы, күкірт бактериялары үлкен тереңдікте өмір сүре алады, кейде ол жердегі тірі тіршілік иелерінің жалғыз өкілдері болады. Бұл прокариоттардың тіршілік ету ортасы көбінесе топырақ, ағынды сулар және белгілі бір химиялық қосылыстарға бай субстраттар.
Темір бактериялары
Хемосинтетикалық бактерияларға темір қосылыстарының құрамын өзгертетін прокариоттар жатады. Оларды 1950 жылы көрнекті ресейлік микробиолог Сергей Николаевич Виноградский ашқан. Бактериялардың бұл түрі тотығу реакциясы кезінде темірдің тотығу дәрежесін өзгертіп, оны үш валентті етеді. Олар тұщы және тұзды суларда өмір сүреді. Табиғатта олар темірдің айналымын жүзеге асырадытабиғатта, ал өнеркәсіпте таза мыс өндіру үшін қолданылады. Бактериялардың бұл түрі де көмір қышқылынан жасушаларының кейбір элементтерін синтездеуге қабілетті литоаутотрофтарға жатады.
Күкірт бактериялары
Бактериялар, күкірт қосылыстарынан химиялық синтездейтін заттар, су қоймаларының түбінде жеке өмір сүре алады немесе моллюскалармен және теңіз омыртқасыздарымен симбиоз түзеді. Олар тотығу көзі ретінде күкіртті сутекті, сульфидтерді, тион қышқылдарын немесе молекулалық күкіртті пайдаланады. Бактериялардың бұл түрі хемосинтез процесін ашу мен зерттеудің негізгі объектісі болды. Прокариоттардың бұл тобына кейбір фототрофты прокариоттар да кіреді. Мысалы, күлгін немесе жасыл күкірт бактериялары.
Нитрификаторлы бактериялар
Нитрификатор бактериялары бұршақ тұқымдас өсімдіктердің тамырына орналасады. Бұл топтың хемосинтетикалық прокариоттары аммиакты азот қышқылына дейін тотықтырады. Бұл реакция аралық заттардың түзілуімен бірнеше сатыда жүреді. Топырақта азотты түзетін бактериялар да кездеседі. Олар бұршақ тұқымдас өсімдіктердің тамырында тіршілік етеді. Жер асты органының тіндеріне еніп, олар тән қалыңдауды құрайды. Мұндай түзілістердің ішінде хемосинтез ағымы үшін қолайлы орта жасалады. Өсімдіктердің түйінді бактериялармен симбиозы екі жаққа да тиімді. Біріншісі прокариоттарды фотосинтез кезінде алынған органикалық заттармен қамтамасыз етеді. Бактериялар, керісінше, атмосфералық азотты бекітіп, оны қол жетімді формаға айналдыра алады.өсімдіктер.
Бұл процесс неге соншалықты маңызды? Шынында да, атмосферада азоттың концентрациясы айтарлықтай жоғары және 78% құрайды. Бірақ бұл пішінде өсімдіктер бұл затты сіңіре алмайды. Өсімдіктерге тамырдың дамуы үшін азот қажет. Бұл жағдайда түйінді бактериялар көмекке келеді, олар оны нитрат пен аммоний түріне айналдырады.
Тион бактериялары
Тион прокариоттары да хемосинтетикалық бактериялар болып табылады. Олардың энергия көзі әртүрлі күкірт қосылыстары болып табылады. Бактериялардың бұл түрі оларды күкірт қышқылына дейін азайтады. Бұл реакция ортаның рН айтарлықтай төмендеуімен бірге жүреді. Тионды бактериялар ацидофильдер тобына жатады. Оларға жоғары қышқылдық жағдайында өмір сүре алатын организмдер жатады. Мұндай жағдайлар батпақтарға тән. Тианацеялармен бірге бұл топ сүт және сірке қышқылды бактериялардан, жілікшелерден және ротиферлерден тұрады.
Сутегі бактериялары
Прокариоттардың бұл түрлері топырақ тұрғындары. Олар энергия бөле отырып, молекулалық сутекті суға дейін тотықтырады. Мұндай бактериялар да термофилдер тобына жатады. Бұл олардың 50 градус Цельсийге жетуі мүмкін жоғары температурада өмір сүре алатынын білдіреді. Сутегі бактерияларының мұндай қабілеті олардың осындай жағдайларда да жұмыс істейтін арнайы ферменттер бөлетіндігіне байланысты.
Рөлхемосинтетикалық бактериялар
Хемотрофтар табиғаттағы сәйкес химиялық заттардың айналуының күрделі процестерінде үлкен рөл атқарады. Күкіртсутек пен аммиак өте улы заттар болғандықтан, оларды бейтараптандыру қажет. Мұны хемотрофты бактериялар да жүзеге асырады. Химиялық өзгерістер барысында басқа организмдерге қажетті заттар түзіледі, бұл олардың қалыпты өсуі мен дамуын мүмкін етеді. Теңіздер мен батпақтар түбіндегі темір және марганец рудаларының ірі кен орындары хемотрофтардың белсенділігіне байланысты пайда болады. Атап айтқанда, темір бактериялары.
Адам химотрофтардың бірегей қасиеттерін өз іс-әрекетінде қолдануды үйренді. Мысалы, күкірт бактерияларының көмегімен ағынды суларды күкіртсутектен тазартады, металл және бетон құбырларын коррозиядан, топырақты қышқылданудан сақтайды.
Сонымен, хемосинтетикалық бактериялар анаэробты жағдайда тиісті химиялық реакцияларды жүргізуге қабілетті арнайы прокариоттар болып табылады. Бұл организмдер заттарды тотықтырады. Бұл жағдайда бөлінетін энергия алдымен АТФ байланыстарында сақталады, содан кейін өмірлік процестерді жүзеге асыруға жұмсалады. Олардың негізгілері – темір, күкірт және азотты түзетін бактериялар. Олар суда да, топырақта да тіршілік етеді. Хемотрофтар заттар айналымының таптырмас буыны болып табылады, тірі ағзаларды қажетті заттармен қамтамасыз етеді және адамдар өздерінің шаруашылық және өнеркәсіптік қызметінде кеңінен қолданылады.
