Kemosynteesi

Kemosynteesi (kreik. σύνθεσις sýnthesis ’yhdistäminen’) on yhteyttämistä, joka perustuu epäorgaanisten yhdisteiden hapettamiseen. Kemosynteesissä eliö käyttää hapettumisreaktioista vapautuvaa energiaa orgaanisten yhdisteiden tuottamiseen. Kemosynteesissä ei siis fotosynteesistä poiketen tarvita energianlähteenä auringon valoa, vaan energia saadaan hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä. Kemosynteesiä hyödyntävät eliöt ovat epäsuorasti riippuvaisia auringon valosta, koska esimerkiksi hapettava ammoniakki muodostuu orgaanisten aineiden hajotessa.[1]

Kemosynteesiin perustuvat eliöt sietävät fotosynteesiin perustuvan elämän näkökulmasta elinkelvottomia ympäristöjä, kuten esimerkiksi merten syvyyksien painetasoa ja erilaisia hapettomia olosuhteita, esimerkiksi syvänmeren savuttajissa.

Venenivibrio stagnispumantis on bakteeri, joka saa energiansa hapettamalla vetykaasua.

Kemosynteesiin perustuva elämä on saattanut edeltää fotosynteesiin perustuvaa elämää maapallolla. Lisäksi jotkut arvioivat, että kemosynteesiin perustuva elämä olisi mahdollista myös Aurinkokunnan muilla planeetoilla, kuten Marsissa ja Jupiterin Europa-kuussa.[2]

Kemiallinen prosessi

Kemosynteesissä hapettuvia erilaisia rikki-, typpi- ja rautayhdisteitä ovat eliöryhmästä riippuen esimerkiksi vetysulfidi (H2S), ammoniakki (NH3) sekä rautaionit (Fe2+). Kemosynteesin seurauksena syntyy pelkistyneitä hiiliyhdisteitä. Kemosynteesi on tapa tuottaa hiilihydraatteja.

Rikkibakteerin vetysulfidin hapettumisreaktio:

CO2 (g) + O2 (g) + 4 H2S (aq) → CH2O (aq) + 4 S (g) + 3 H2O (l)

jossa syntyy hiilihydraattia (CH2O), vettä ja puhdasta rikkiä.

Muita kemosynteesiä hyödyntäviä bakteereita ovat muun muassa nitrifikaatio- ja rautabakteeri.

Nitrifikaatiobakteerin ammoniakin hapetusreaktio:

2 NH3 (g) + 3 O2 (g) → 2 HNO2 (aq) + 2 H2O (l)

jossa syntyy typpihapoketta ja vettä.

Rautabakteerin hapetusreaktio:

2 Fe(HCO3 )2 (aq) + 1/2 O2 (g)+ H2O (l)→ 2 Fe (OH)3 (aq)+ 4 CO2 (g)

jossa syntyy ferrihydroksidia ja hiilidioksidia.[3]

Historia

Mikrobiologi Sergei Nikolaevich Vinogradski esitti vuonna 1887 teorian ilmiöstä, jossa jotkut mikrobit voisivat elää epäorgaanisessa ympäristössä. Vinogradski teki löydökset tutkiessaan rikkibakteereja Strasbourgin yliopistossa.[4]

Kymmenen vuotta myöhemmin saksalainen kasvitieteilijä Wilhelm Pfeffer muotoili ilmiölle termin kemosynteesi.[5]

Jättiputkimatoja, jotka tuottavat energiansa rikkibakteerien avulla.

Vahvistus Vinogradskin löydöksille saatiin vasta vuonna 1977, kun yhdysvaltalainen syvänmeren tutkimusalus DVS Alvin löysi Galápagossaarten lähistöltä merenpohjasta outoja eliöitä tutkiessaan syvänmeren savuttajia. Nämä eliöt olivat jättiputkimatoja, jotka tuottivat energiansa kudoksissaan elävien rikkibakteerien avulla. Samaan aikaan mikrobiologi Colleen Cavanaugh esitti, että näiden bakteerien energianlähteenä toimii rikkivedyn hapettaminen ja hiilen lähteenä madon keräämä hiilidioksidi.[6][7]

Vuonna 2013 löydettiin bakteereja, jotka elivät merenpohjan maankuoren sedimenteissä ja saavat energiansa kemosynteesin avulla.[8]

Käyttökohteet

Kemosynteesiä voidaan hyödyntää tulevaisuudessa energian tuotannossa. Teollisuudessa kemosynteesin avulla voidaan jätteistä tuottaa biomassaa. Syntyneestä biomassasta on mahdollista valmistaa vihreää energiaa.[9]

Esimerkiksi kemosynteesiä hyödyntävän bakteerin Pyrococcus avulla voitaisiin tuottaa hiilidioksidista teollisuudessa yleisesti käytettyä karboksyylihappoa. Tulevaisuudessa bakteerien geneettisen muokkaamisen avulla voidaan ilmakehän hiilidioksidista tuottaa tehokkaasti synteettisiä polttoaineita ja kemikaaleja.[10]

Katso myös

Lähteet
  1. Tirri, R., Lehtonen, J., Lemmetyinen, R., Pihakaski, S. & Portin, P.: Biologian sanakirja. Helsinki: Otava, 2001. ISBN 951-1-17618-8
  2. Chela-Flores, J. (2000): "Terrestrial microbes as candidates for survival on Mars and Europa", in: Seckbach, Joseph (ed.) Journey to Diverse Microbial Worlds: Adaptation to Exotic Environments, Springer, pp. 387–398. ISBN 0-7923-6020-6
  3. Campbell, NA., Reece, JB., Mitchell, LG: Biology, 5th edition, s. 508. Benjamin Cummings, 1999. ISBN 0-8053-6566-4
  4. Martin Dworkin: Sergei Winogradsky: a founder of modern microbiology and the first microbial ecologist.  FEMS Microbiol Rev, 2012, 36. vsk, s. 364–379. Artikkelin verkkoversio (pdf)
  5. Lloyd Ackert: Sergei Vinogradskii and the Cycle of Life: From the Thermodynamics of Life to Ecological Microbiology, 1850–1950. Springer Science & Business Media, 2012. s. 74
  6. Zoran Minic, Guy Hervé: Biochemical and enzymological aspects of the symbiosis between the deep-sea tubeworm Riftia pachyptila and its bacterial endosymbiont, 2004
  7. Colleen M. Cavanaugh, Stephen L. Gardiner, Meredith L. Jones, Holger W. Jannasch, John B. Waterbury, Prokaryotic Cells in the Hydrothermal Vent Tube Worm Riftia pachyptila Jones: Possible Chemoautotrophic Symbionts,  American Association for the Advancement of Science, 1981.
  8. Life deep within oceanic crust sustained by energy from interior of Earth Science News. Aarhus University. Viitattu 11.5.2016.
  9. Waste Management: Chemosynthetic Production of Biomass Using Sewage Nutrients
  10. Synthetic Fuel from Carbon Dioxide by Tweaking “Pyrococcus Furiosus” Bacteria

Aiheesta muualla
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.