شیمیسنگپروردگی و خودپروردگی
میکروبهای شیمیسنگپرورده انرژی را از اکسیداسیون ترکیبات غیرآلی حفظ میکنند و بسیاری نیز دیاکسید کربن را به صورت خودپرورده تثبیت میکنند، ترکیبی که حیات را در محیطهای فاقد ماده آلی پشتیبانی میکند.
Definition
شیمیسنگپروردگی (Chemolithotrophy) حالتی از متابولیسم است که در آن ترکیبات غیرآلی به عنوان دهندههای الکترون برای حفظ انرژی عمل میکنند، و خودپروردگی (autotrophy) استفاده از کربن غیرآلی، معمولاً دیاکسید کربن، به عنوان منبع اصلی کربن برای بیوسنتز است.
Scope
این موضوع به اکسیداسیون دهندههای الکترون غیرآلی مانند هیدروژن، ترکیبات گوگرد و نیتروژن کاهیده، و آهن فرو؛ انرژیزایی و اکولوژی نیتریفیکاسیون، اکسیداسیون گوگرد، و فرآیندهای مرتبط؛ و مسیرهای خودپرورده، از جمله چرخه کالوین، که توسط آنها کربن غیرآلی به ماده سلولی تبدیل میشود، میپردازد. این مبحث قابلیتهای متابولیکی را که عمدتاً به پروکاریوتها محدود میشود، برجسته میکند.
Core questions
- کدام ترکیبات غیرآلی میتوانند به عنوان منابع انرژی میکروبی عمل کنند؟
- چگونه انرژی از اکسیداسیونهای غیرآلی حفظ میشود؟
- خودپروردهها چگونه دیاکسید کربن را به ماده سلولی تثبیت میکنند؟
- چرا شیمیسنگپروردهها در چرخههای بیوژئوشیمیایی مهم هستند؟
Key concepts
- دهندههای الکترون غیرآلی
- نیتریفیکاسیون و اکسیداسیون گوگرد
- تثبیت کربن خودپرورده
- چرخه کالوین و مسیرهای جایگزین تثبیت
- نقش در چرخههای بیوژئوشیمیایی
Key theories
- شیمیسنگپروردگی
- وینوگرادسکی ثابت کرد که برخی میکروبها با اکسیداسیون ترکیبات غیرآلی به جای ماده آلی، انرژی به دست میآورند و بدین ترتیب حالتی از زندگی مستقل از کربن آلی از پیش ساخته شده و مرکزی برای چرخه عناصر را نشان داد.
Mechanisms
شیمیسنگپروردهها دهندههای غیرآلی مانند هیدروژن، آمونیاک، نیتریت، سولفید، یا آهن فرو را اکسید میکنند و الکترونهای آزاد شده را از طریق زنجیرههای انتقال برای تولید نیروی محرکه پروتونی جهت سنتز ATP هدایت میکنند. از آنجا که بسیاری از این ارگانیسمها نمیتوانند از کربن آلی استفاده کنند، دیاکسید کربن را از طریق مسیرهای خودپرورده مانند چرخه کالوین تثبیت میکنند، که به انرژی و قدرت کاهندگی قابل توجهی نیاز دارد که توسط متابولیسم غیرآلی آنها تأمین میشود.
Clinical relevance
میکروبهای شیمیسنگپرورده و خودپرورده مراحل کلیدی چرخههای نیتروژن، گوگرد و آهن را به پیش میبرند، به حاصلخیزی خاک و خوردگی و فرسایش مواد کمک میکنند، و اکوسیستمها را در دریچههای اعماق دریا و سایر محیطهای بدون نور خورشید یا ورودی آلی پایدار نگه میدارند.
History
سرگئی وینوگرادسکی شیمیسنگپروردگی را در دهه ۱۸۸۰ از طریق مطالعات بر روی باکتریهای اکسیدکننده گوگرد و نیتروژن کشف کرد و مفهوم میکروبهایی را که از منابع انرژی غیرآلی تغذیه میکنند، معرفی کرد و در کنار مارتینوس بیجرینک، رشته اکولوژی میکروبی را بنیان نهاد.
Key figures
- Sergei Winogradsky
- Martinus Beijerinck
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- آیا همه شیمیسنگپروردهها خودپرورده نیز هستند؟
- بسیاری از آنها هستند و دیاکسید کربن را برای بیوسنتز تثبیت میکنند، اما این دو ویژگی متمایز هستند. شیمیسنگپروردگی به منبع انرژی (ترکیبات غیرآلی) اشاره دارد، در حالی که خودپروردگی به منبع کربن (کربن غیرآلی) اشاره دارد. برخی ارگانیسمها این دو را با هم ترکیب میکنند و برخی دیگر نه.