Quimiosíntese
En bioquímica, a quimiosíntese é a conversión biolóxica dun ou máis compostos que conteñen carbono (xeralmente dióxido de carbono ou metano) e nutrientes en materia orgánica utiliando a oxidación de compostos inorgánicos (como por exemplo o gas hidróxeno, o sulfuro de hidróxeno) ou ións ferrosos como fonte de enerxía, en lugar de utilizar a enerxía da luz do sol como na fotosíntese. Os organismos quimioautótrofos, os cales obteñen carbono do dióxido de carbono por medio da quimiosíntese, son filoxeneticamente diversos e comprenden taxóns abundantes e bioxeoquimicamente importantes como as gammaproteobacterias e epsilonproteobacterias oxidantes de xofre, as Aquificae, as arqueas metanóxenas e as bacterias oxidantes do ferro neutrófilas.
Moitos microorganismos en rexións escuras do océano usan a quimiosíntese para producir biomasa a partir de moléculas carbonadas simples. Poden distinguirse dúas clases destes organismos. Nos raros sitios onde se dispón de moléculas de gas hidróxeno (H2), a enerxía xerada na reacción entre o CO2 e o H2 (que leva á produción de metano, CH4) pode ser suficientemente grande como para impulsar a produción de biomasa. Alternativamente, na maioría dos ambientes oceánicos, a enerxía da quimiosíntese deriva de reaccións nas cales se oxidan substancias como o sulfuro de hidróxeno ou amoníaco. Isto pode ocorrer en ausencia ou presenza de oxíxeno.
Moitos microorganismos quimiosintéticos son comidos por outros organismos nas cadeas tróficas oceánicas e as asociacións simbióticas entre quimiosintetizadores e heterótrofos que respiran son bastante comúns. Grandes poboacións de animais poden sosterse alimentándose da produción secundaria quimiosintética de organismos que viven nas chemineas hidrotermais, en emanacións frías, de carcasas de baleas, en augas de covas illadas e de clatratos de metano.
Formulouse a hipótese de que a quimiosíntese anaerobia podería soster a vida baixo a superficie de Marte, da lúa de Xúpiter Europa e noutros planetas.[1] A quimiosíntese foi tamén o primeiro tipo de metabolismo que evolucionou na Terra, preparando o camiño para que posteriormente se desenvolvesen a fotosíntese e a respiración celular.
Proceso de quimiosíntese do sulfuro de hidróxeno editar
Diversos microorganismos e mesmo, simbioticamente, algún animal poden utilizar o sulfuro de hidróxeno na súa quimiosítntese. O verme tubícola xigante Riftia pachyptila utiliza bacterias que viven no seu trofosoma para fixar dióxido de carbono (usando o sulfuro de hidróxeno, o oxíxeno[2] ou nitrato como fontes de electróns e enerxía) e producir azucres e aminoácidos.[3] Algunhas reaccións producen xofre:
- quimiosíntese de sulfuro de hidróxeno:[4]
- 18H2S + 6CO2 + 3O2 → C6H12O6 (carbohidrato) + 12H2O + 18S
A quimiosíntese de sulfuro de hidróxeno, en troques de liberar o gas oxíxeno ao fixar o dióxido de carbono como na fotosíntese, produce glóbulos sólidos de xofre no proceso. Nas bacterias que poden vivir como quimioautótrofas, como as bacterias púrpuras do xofre,[5] son visibles glóbulos amarelos de xofre no seu citoplasma.
Descubrimento editar
En 1890, Sergei Winogradsky propuxo un novo tipo de proceso chamado "anorgoxidante". Este descubrimento suxeriu que algúns microbios podían vivir só de materia inorgánica e realizouse durante a súa investigación fisiolóxica na década de 1880 en Estrasburgo e Zúric sobre as bacterias do xofre, ferro e nitróxeno.
En 1897, Wilhelm Pfeffer acuñou o termo "quimiosíntese" para a produción de enerxía por oxidación de substancias inorgánicas, en asociación coa asimilación de dióxido de cabono autotrófica, que hoxe se denominaría quimiolitoautotrofia. Posteriormente, o significado do termo sería ampliado para que incluíse tamén aos quimioorganoautótrofos, que son organismos que usan substratos orgánicos enerxéticos para asimilar o dióxido de carbono.[6] Así, a quimiosíntese pode considerarse sinónima de quimioautotrofia.
O termo "quimiotrofia", menos restritivo, foi introducido na década de 1940s por André Lwoff para a produción de enerxía por oxidación de doantes de electróns, orgánicos ou non, asociados coa auto- ou heterotrofia.[7][8]
Fontes hidrotermais editar
A suxestión de Winogradsky foi confirmada case 90 anos despois, cando se estudaron as chemineas hidrotermais oceánicas na década de 1970s. Estas fontes termais e as estrañas criaturas descubertas polo Alvin, o primeiro submarino de gran profundidade que existiu, descubríronse en 1977 no rift das Galápagos. Aproximadamente no mesmo momento, o entón estudante graduado Colleen Cavanaugh propuxo a existencia de bacterias quimiosintéticas que oxidaban sulfuros ou xofre elemental como explicación de como os vermes tubícolas que vivían preto das chemineas poderían sobrevivir alí. Cavanaugh conseguiu despois confirmar que este era o método grazas ao cal estes vermes prosperaban e xeralmente se lle atribúe a confirmación da existencia na natureza de ecosistemas baseados na quimiosíntese.[9]
Unha serie de televisión de 2004 presentada por Bill Nye mencionou que a quimiosíntese era un dos 100 maiores descubrimentos científicos de todos os tempos.[10][11]
Codia oceánica editar
En 2013, informouse do descubrimento de bacterias que vivían en rochas da codia oceánica baixo grosas capas de sedimentos, e apartadas das chemineas hidrotermais que se forman ao longo dos bordos das placas tectónicas. Descubrimentos preliminares son que estas bacterias subsisten co hidróxeno producido pola redución química do mineral olivina feita pola auga mariña circulante nas pequenas vetas que permean o basalto que aparecen na codia oceánica. As bacterias sintetizan metano ao combinaren hidróxeno e dióxido de carbono.[12]
Notas editar
- ↑ Julian Chela-Flores (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
- ↑ Schmidt-Rohr, Klaus (2020). "Oxygen Is the High-Energy Molecule Powering Complex Multicellular Life: Fundamental Corrections to Traditional Bioenergetics". ACS Omega 5 (5): 2221–2233. ISSN 2470-1343. PMC 7016920. PMID 32064383. doi:10.1021/acsomega.9b03352.
- ↑ Biotechnology for Environmental Management and Resource Recovery. Springer. 2013. p. 179. ISBN 978-81-322-0876-1.
- ↑ "Chemolithotrophy | Boundless Microbiology". courses.lumenlearning.com. Consultado o 2020-04-11.
- ↑ The Purple Phototrophic Bacteria. Hunter, C. Neil. Dordrecht: Springer. 2009. ISBN 978-1-4020-8814-8. OCLC 304494953.
- ↑ Kellerman, M. Y.; et al. (2012). "Autotrophy as a predominant mode of carbon fixation in anaerobic methane-oxidizing microbial communities". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109 (47): 19321–19326. Bibcode:2012PNAS..10919321K. PMC 3511159. PMID 23129626. doi:10.1073/pnas.1208795109.
- ↑ Kelly, D. P.; Wood, A. P. (2006). "The Chemolithotrophic Prokaryotes". The Prokaryotes. New York: Springer. pp. 441–456. ISBN 978-0-387-25492-0. doi:10.1007/0-387-30742-7_15.
- ↑ Schlegel, H. G. (1975). "Mechanisms of Chemo-Autotrophy" (PDF). En Kinne, O. Marine Ecology. Vol. 2, Part I. pp. 9–60. ISBN 0-471-48004-5.
- ↑ Cavenaugh, Colleen M.; et al. (1981). "Prokaryotic Cells in the Hydrothermal Vent Tube Worms Riftia Jones: Possible Chemoautotrophic Symbionts". Science 213 (4505). pp. 340–342. PMID 17819907. doi:10.1126/science.213.4505.340.
- ↑ "100 Greatest Discoveries (2004–2005)". IMDb.
- ↑ "Greatest Discoveries". Science. Arquivado dende o orixinal o 19 de marzo de 2013. Watch the "Greatest Discoveries in Evolution" online.
- ↑ "Life deep within oceanic crust sustained by energy from interior of Earth". ScienceDaily. 14 de marzo de 2013. Consultado o 16 de marzo de 2013.