Kemosentez Nedir, Nerede Ve Nasıl Gerçekleşir?

    Kemosentez, bazı organizmaların fotosenteze benzer, ancak güneş ışığı kullanmadan gıda üretimi için enerji elde etmek için kullandıkları bir süreçtir. Enerji, organizmaların çevrelerinde buldukları inorganik kimyasalların oksitlenmesinden gelir. İşlem birçok bakteride ve arkeler olarak bilinen başka bir organizma grubunda meydana gelir. Enerji elde etmek için bu yöntemi kullanan yaşam formları, toprak, memelilerin bağırsakları, petrol yatakları ve okyanus tabanındaki hidrotermal menfezler gibi aşırı koşullar dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda bulunur. Milyarlarca yıl önce sıradan olabilecek koşullara adapte olmuşlardır ve bazı bilim adamlarının Dünya'daki en eski yaşamın doğrudan torunları olabileceklerini teorileştirmelerine yol açmıştır.

Yöntemler

    Halihazırda var olan organik malzemeleri kullanmak yerine, kendi besinlerini inorganik kimyasallardan yapan organizmalar, ototroflar olarak bilinir. Gıdalar glikoz gibi karbonhidratlardan oluşur, ancak bunların üretilmesi için enerji gerekir. Güneş ışığının mevcut olduğu yerlerde, ototroflar genellikle fotosentez yapmak için kullanırlar, ancak ışığın ulaşmadığı yerlerde, bunun yerine kimyasal enerji kullanan farklı türler gelişmiştir. Bunu yapan yaşam formları kemoototroflar olarak bilinir. Koşullara ve mevcut kimyasallara göre belirlenen bir dizi farklı yöntem ortaya çıkmıştır.

    Kemosentez, karbondioksit ve sudan karbonhidrat üretmek için gereken enerjiyi sağlamak için redoks reaksiyonları olarak da bilinen oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarını kullanır. Bu tür bir reaksiyon, bir maddeden elektron kaybını ve diğerine elektron eklenmesini içerir. Elektronları alan maddenin - genellikle oksijenin - indirgendiği, onları besleyen maddenin oksitlendiği söylenir. İndirgeme enerji gerektirir, ancak oksidasyon onu serbest bırakır. İki reaksiyon her zaman birlikte meydana gelir, ancak kemosentezde kullanılanlar genel bir enerji salınımına neden olur.

    Fotosentezde olduğu gibi, gerçek reaksiyonlar çok karmaşıktır ve birkaç adım içerir, ancak bunlar hammaddeler ve son ürünler açısından özetlenebilir, bunlardan biri bir tür karbonhidrat şeklinde gıda olacaktır. Sülfürlerin mevcut olduğu yerlerde, oksitlenerek kükürt veya sülfatlar üretebilirler. Demir ayrıca, demir II olarak bilinen bir formdan, bir elektron daha az olan demir III'e kadar oksitlenebilir. Bazı yerlerde doğal gaz olarak bulunan metan, bazı mikroorganizmalar için hem enerji hem de karbon kaynağı olabildiği gibi, diğer bazı organizmalar tarafından yapılan kemosentezin de bir yan ürünüdür. Amonyağın nitritlere ve nitratlara oksidasyonu, bazı yaşam formları için enerji sağlayan başka bir yöntemdir.

    Gıda üretmek için kemosentez kullanan organizmaların çoğu, aşırı sıcaklıklar, basınçlar, tuzluluk veya çoğu yaşama düşman olan diğer koşullara sahip ortamlarda yaşar. Bunlar ekstremofiller olarak bilinir. Yüksek sıcaklıklarla etkisiz hale getirilmeyen olağandışı enzimler gibi hayatta kalmalarını sağlayan çeşitli adaptasyonları vardır.

Kemosentez Nasıl Çalışır?

    Kemoototroflar, karbondioksit ve oksijen yardımıyla ve hidrojen sülfürün oksidasyonundan açığa çıkan enerjiyi kullanarak ( H₂S ), glikoz, kükürt ve su üretir.

Denklem

Kimyasal Denklem

Kelime Denklemi

    Karbondioksit + Hidrojen sülfür + Oksijen → Glikoz + Kükürt + Su

Reaktanlar

• Karbondioksit ( CO₂ )
• Hidrojen sülfür ( H₂S )
• Oksijen ( O₂ )

Üretilen Maddeler

• Glikoz ( C₆H₁₂O₆ )
• Kükürt ( S )
• Su ( H₂O )

Ortam

Hidrotermal menfezler, gezegenin en dikkat çekici ortamları arasındadır. Okyanus ortası sırtları gibi jeolojik olarak aktif alanlarda okyanus tabanından dökülen sıcak, kimyasal bakımından zengin su akışlarından oluşurlar. Görünüşte hayata düşman olmalarına rağmen, ışıksız, 212 ° F'ye ( 100 ° C ) yaklaşan sıcaklıklar ve çoğu yaşam formu için toksik olan kimyasallarla dolu olsalar da, kemosentetik mikroorganizmalar tarafından desteklenen gelişen ve çeşitli ekosistemlere sahiptirler. Bu mikroplar, yüzeysel olarak benzer, ancak kimyasal ve genetik olarak çok farklı olan çok eski bir organizma grubu olan bakterilerden ve ayrıca arkelerden oluşur.

    Hidrotermal menfezler tarafından üretilen sıcak su, mikropların kemosentez için kullandığı sülfürler açısından çok zengindir ve bazen yan ürün olarak metan açığa çıkarır. Bu gazı üreten mikroorganizmalar metanojenler olarak bilinir. Bu ortamdaki diğer kemosentetik mikroplar, metanın oksidasyonu ile enerji elde eder ve bu süreçte sülfatı sülfüre dönüştürür. Metan oksidasyonu, metan da dahil olmak üzere bir hidrokarbon karışımı olan petrolün deniz tabanına sızdığı alanlarda da gerçekleşir.

    Derin deniz menfezlerini çevreleyen ekolojiler, yalnızca yukarıdaki sulardan yavaşça inen ölü organik maddelerle hayatta kalması gereken bu tür kimyasal kaynaklardan daha uzakta olanlardan çok daha zengindir. Kemosentetik yaşam formları, yalnızca hayatta kalmak için mikropları tüketen daha büyük organizma topluluklarının temelini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda diğer organizmalarla önemli simbiyotik ilişkiler kurar. İlginç bir örnek, çok sayıda kemosentetik bakteriyi almak için kullandığı bir ağız ve bağırsakla hayata başlayan tüp kurdudur. Daha sonraki bir aşamada ağzını kaybeder ve iç bakterilerinin ürettiği gıdaları tüketerek hayatta kalmaya devam eder.

    Kemosentetik ekstremofil mikroorganizmalar, kükürt veya amonyağın oksidasyonu ile hayatta kaldıkları kaplıcalarda ve demiri oksitleyerek enerji elde ettikleri yüzeyin derinliklerindeki kayalarda bulunmuştur. Kemosentez ayrıca daha tanıdık yerlerde gerçekleşir. Örneğin, toprakta nitrifikasyon bakterileri amonyağı nitritlere ve nitratlara dönüştürürken, metan üreten arkeler bataklıklarda ve bataklıklarda, kanalizasyonda ve memelilerin bağırsaklarında bulunabilir.

Önemi ve Olası Kullanımları

    Topraktaki nitrifikasyon bakterileri bitkiler için kullanılabilir nitrojen sağlar ve nitrojen döngüsünün çok önemli bir parçasıdır - onlar olmadan bitkiler ve hayvanlar var olamazdı. En eski yaşam formlarının inorganik bileşiklerden organik bileşikler oluşturmak için kemosentez kullanması çok olasıdır ve bu nedenle bu süreçler Dünya'da yaşamın kurulmasından sorumlu olabilir. Bilim adamları, kemoototrofların iyi bir şekilde kullanılabileceği çeşitli yollar önerdiler. Örneğin, yakıt için metan üretmek için kullanılabilirler. Bu organizmaların birçoğu insanlar için toksik olan kimyasallar üzerinde yaşadığından ve zararsız yan ürünler bıraktığından, belirli zehirli atık türlerini detoksifiye etmek için de kullanılabilirler.

Kemosentez ve Diğer Gezegenler

    Bazı kemosentetik organizmaların aşırı koşullarda gelişme yeteneği, bazı bilim adamlarının bu tür yaşam formlarının diğer gezegenlerde, daha tanıdık yaşam türleri için uygun olmayan ortamlarda var olabileceğini öne sürmesine neden oldu. Deneyler, bazı kemosentetik organizmaların Mars yüzeyinin altında hayatta kalabileceğini ve büyüyebileceğini öne sürüyor ve Mars atmosferinde bulunan metan izlerinin metanojenik mikroorganizmaların aktivitesinin bir sonucu olabileceği tahmin ediliyor. Dünya dışı yaşam için bir başka olası yer, Jüpiter'in buzla kaplı uydusu Europa'dır ve burada yüzeyin altında sıvı su olduğu düşünülmektedir.