化能无机营养和自养

化能无机营养微生物从无机化合物的氧化中获取能量，其中许多还能自养固定二氧化碳，这种结合支持了在缺乏有机物的环境中生命的存在。

Definition

化能无机营养是一种代谢模式，其中无机化合物作为电子供体用于能量保存；自养是利用无机碳（通常是二氧化碳）作为生物合成的主要碳源。

Scope

本主题涵盖了无机电子供体（如氢、还原态硫和氮化合物以及亚铁）的氧化；硝化作用、硫氧化作用及相关过程的能量学和生态学；以及自养途径，包括卡尔文循环，通过这些途径无机碳被转化为细胞物质。它着重介绍了主要限于原核生物的代谢能力。

Core questions

• 哪些无机化合物可以作为微生物的能源？
• 无机氧化如何保存能量？
• 自养生物如何将二氧化碳固定到细胞物质中？
• 化能无机营养生物在生物地球化学循环中为何重要？

Key concepts

• 无机电子供体
• 硝化作用和硫氧化作用
• 自养碳固定
• 卡尔文循环和替代固定途径
• 在生物地球化学循环中的作用

Key theories

化能无机营养

维诺格拉茨基证实，某些微生物通过氧化无机化合物而非有机物来获取能量，这表明了一种独立于预形成有机碳的生命模式，并且对元素循环至关重要。

Mechanisms

化能无机营养生物氧化无机供体，如氢、氨、亚硝酸盐、硫化物或亚铁，通过电子传递链将释放的电子引导，以产生质子动力，用于ATP合成。由于许多此类生物无法利用有机碳，它们通过自养途径（如卡尔文循环）固定二氧化碳，这需要其无机代谢提供大量的能量和还原力。

Clinical relevance

化能无机营养和自养微生物驱动着氮、硫和铁循环的关键步骤，有助于土壤肥力以及材料的腐蚀和风化，并在深海热液喷口和其他没有阳光或有机物输入的环境中维持生态系统。

History

谢尔盖·维诺格拉茨基在19世纪80年代通过对硫氧化和氮氧化细菌的研究发现了化能无机营养，引入了依靠无机能源生存的微生物概念，并与马丁努斯·拜耶林克共同创立了微生物生态学领域。

Key figures

• Sergei Winogradsky
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

所有化能无机营养生物都是自养生物吗？

许多是，它们固定二氧化碳用于生物合成，但这两个特性是不同的。化能无机营养指的是能量来源（无机化合物），而自养指的是碳来源（无机碳）。有些生物兼具这两种特性，而有些则不具备。