Разница между фотосинтезом и хемосинтезом

фотосинтез

Процесс фотосинтеза включает 2 фазы:

световая фаза:

• на свету;
• на мембранах тилакоидов;

темновая фаза:

• на свету и в темноте;
• в строме хлоропласта.

CВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

В хлоропластах содержится очень много молекул хлорофилла. Сам процесс происходит примерно в 1 % молекул хлорофилла. Другие же молекулы хлорофилла, каротиноидов и других веществ образуют особые антенные, а также светособирающие комплексы (ССК). Они, как антенны, поглощают кванты света и передают возбуждение в особые реакционные центры. Эти центры находятся в фотосистемах, которых у растений две: фотосистема II и фотосистема I. В них имеются особые молекулы хлорофилла: соответственно, в фотосистеме II — P680, а в фотосистеме I — P700. Они поглощают свет именно такой длины волны (680 и 700 нм).

• Молекулы хлорофилла двух фотосистем поглощают квант света. Один электрон каждой из них переходит на более высокий энергетический уровень (возбуждается).
• Возбужденные электроны обладает очень высокой энергией. Они отрываются и поступают в особую цепь переносчиков в мембранах тилакоидов — молекулы НАДФ+, превращая их в восстановленный НАДФ. Таким образом, энергия света превращается в энергию восстановленного переносчика.
• В молекулах хлорофилла на месте электронов после их отрыва образуются «дырки» с положительным зарядом.
• Фотосистема I восполняет потерю электронов через систему переносчиков электронов от фотосистемы II.
• Фотосистема II забирает электрон у воды (фотолиз воды), при этом образуются ионы водорода.
• Фотолиз воды — процесс распада воды под действием солнечного света.

• Побочным продуктом распада воды является кислород, выделяющийся в атмосферу.
• НН+, образовавшиеся при фотолизе воды, переносятся в полость тилакоида.
• В полости тилакоида накапливается большой избыток ионов водорода, что приводит к созданию на мембране тилакоида крутого градиента концентрации этих ионов.
• Он используется ферментом АТФ-синтетазой для синтеза АТФ из АДФ и фосфата.
• Происходит перенос ионов водорода НН+ через мембрану восстановленным переносчиком НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфатом) с образованием НАДФ*Н.

Таким образом, энергия света запасается в световой фазе фотосинтеза в виде двух типов молекул: восстановленного переносчика НАДФ*Н и макроэргического соединения АТФ. Кислород, выделяющийся при этом, является с точки зрения фотосинтеза побочным продуктом.

Роль световой фазы:

• перенос протонов водорода через систему переносчиков с образованием энергии АТФ;
• образование НАДФ*Н;
• выделение молекулярного кислорода в атмосферу.

ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

Для темновой фазы фотосинтеза обязательными компонентами являются АТФ и НАДФ*Н (из световой фазы), углекислый газ (из атмосферы) и вода. Происходит в строме хлоропласта.

В темновой фазе с участием АТФ и НАДФ*Н происходит восстановление CO2 до глюкозы (C6H12O6).

Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.

Растение постоянно поглощает углекислый газ из атмосферы. Для этой цели на поверхности листа имеются специальные структуры — устьица. Когда они открываются, CO2 поступает внутрь листа, растворяется в воде и восстанавливается до глюкозы с помощью НАДФ и АТФ.

Избыток глюкозы запасается в виде крахмала. Именно в виде этих органических веществ растение накапливает энергию. Только небольшая их часть остается в листе и используется для его нужд. Остальные же углеводы путешествуют по ситовидным трубкам флоэмы по всему растению и поступают именно туда, где больше всего нужна энергия, например в точки роста.

Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

6СО2 + 6Н2О+ энергия света → С6Н12О6 + 6О2.

ЗНАЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА

• Фотосинтез является основным источником органического вещества на Земле, то есть обеспечивает живые организмы веществом и энергией.
• Он служит источником кислорода, составляющего 20 % атмосферы Земли. Весь атмосферный кислород образовался в результате фотосинтеза. До появления организмов, осуществляющих фотосинтез с выделением кислорода (около 3 млрд лет назад), атмосфера Земли не содержала этого газа.

Бактерии, способные окислять серу и соединения серы

Это бактерии, способные окислять неорганические соединения серы и откладывать серу внутри клетки в определенных отсеках. В эту группу классифицируются некоторые нитчатые и не нитчатые бактерии разных родов факультативных и облигатных бактерий.

Эти организмы способны использовать соединения серы, которые очень токсичны для большинства организмов.

Соединение, наиболее часто используемое бактериями этого типа, — это газ H2S (серная кислота). Однако они также могут использовать элементарную серу, тиосульфаты, политионаты, сульфиды металлов и другие молекулы в качестве доноров электронов.

Некоторым из этих бактерий для роста требуется кислый pH, поэтому они известны как ацидофильные бактерии, в то время как другие могут делать это при нейтральном pH, близком к «нормальному».

Многие из этих бактерий могут образовывать «слои» или биопленки в различных типах окружающей среды, но особенно в сточных водах горнодобывающей промышленности, серных горячих источниках и океанских отложениях.

Их обычно называют бесцветными бактериями, поскольку они отличаются от других зеленых и пурпурных бактерий, которые являются фотоавтотрофными, тем, что у них нет никаких пигментов, а также то, что они не нуждаются в солнечном свете.

Бактерии-гетеротрофы и автотрофы, а также сапрофиты, хемосинтетики и хемотрофы

Бактерии, которые еще называются гетеротрофы, – это микроорганизмы, использующие в качестве источника энергии химические соединения, содержащие углерод. Этим они отличаются от автотрофных организмов, ведь гетеротрофы не могут существовать без внешнего источника питания.

Гетеротрофные организмы: что это

Гетеротрофные микроорганизмы не могут синтезировать органические соединения у себя внутри путем фотосинтеза или хемосинтеза. В первом случае органические соединения синтезируются при наличии солнечного света. Хемосинтетики же образуют питательные соединения путем переработки некоторых органических веществ.

Все бактерии, будь то гетеротрофы или автотрофы, непременно питаются определенными источниками. Граница между такими формами жизни условная, так как наука знает примеры организмов, имеющих переходную форму питания. Их называют миксотрофными.

Как питаются гетеро-организмы

Гетеротрофы и автотрофы тесно связаны между собой. Ведь выживание этих микроорганизмов напрямую связано с наличием автотрофных существ. В эту категорию входят и хемотрофы. Выходит, эти прожорливые микросущества потребляют то, что произвели для них автотрофы.

Все гетеротрофы делятся на такие виды.

1. Плесень и дрожжи, питающиеся готовой пищей. Это наиболее четко отличает такие бактерии – автотрофы это или гетеротрофы.
2. Бактерии, которые называются гетеротрофы сапрофиты, питаются мертвой пищей.
3. Гетеротрофы, питание которых происходит за счет живых существ. Они являются болезнетворными.

Некоторые виды бактерий-гетеротрофов имеют похожее питание, что и хемосинтетики. Так, они окисляют органические соединения без усвоения кислоты. Такое питание является промежуточным. Однако особенности таких переходных типов организмов, питающихся так же, как и хемотрофы, находят свое применение в различных видах хозяйственной деятельности человека.

Роль гетеротрофных микробов в природе

Гетеротрофы перерабатывают готовые органические соединения, добывая из них углерод и окисляя его. Благодаря этим микросуществам, до 90 процентов углекислого газа попадает в атмосферу именно благодаря гетеротрофам.

Гетеротрофы и хемотрофы способствуют образованию плодородной почвы. В одном грамме почвы содержится такое колоссальное количество микробов, что позволяет говорить о ней как о живой системе.

Отметим также, что гетеротрофы сапрофиты способствуют переработке органического материала. Если бы не эти бактерии, то планета покрылась бы толстым слоем опавшей листвы, веток, а также погибших животных. Проще говоря, сапрофиты «поедают» органические отходы.

Благодаря деятельности, которую выполняют гетеротрофы или автотрофы, происходит самоочищение водоемов. Что такое самоочищение, знает каждый школьник: без этого процесса вся вода на планете очень скоро превратилась бы в полностью непригодную для употребления и жизни.

Без сапрофитов невозможна переработка органических веществ. Сапрофиты способствуют поддержанию постоянного количества биомассы.

Аэробные и анаэробные гетеротрофные организмы

Анаэробы живут в местах, где нет кислорода. Для них этот элемент, как ни странно, является токсичным. Поэтому они получают энергию для жизни путем так называемого фосфорилирования. Этот процесс происходит путем распада аминокислот и белков.

Путем брожения расщепляется глюкоза и другие глюкозообразные вещества. Известные нам процессы – молочнокислое, спиртовое, а также метановое брожение – являются анаэробными.

Аэробные формы жизни гетеротрофного типа живут только за счет кислорода. Все эти бактерии имеют достаточно разнообразную дыхательную цепь. Она помогает им приспосабливаться к разным концентрациям кислорода в воздухе.

Гетеротрофы получают энергию путем окисления АТФ (аденозинтрифосфата – важнейшего белкового соединения), для чего им и нужен кислород. Однако большое количество кислорода не означает, что в такой атмосфере смогут существовать микроорганизмы.

Экспериментально доказано, что если количество свободного О2 в атмосфере достигнет половины общего объема, то развитие практически всех известных бактерий прекратится.

А в атмосфере чистого 100-процентного кислорода не может развиваться ни один простейший организм, даже прокариот.

Что такое хемосинтез в биологии

Экосистемы зависят от способности одних организмов превращать неорганические вещества в пищу, которую могут использовать (или съесть) другие организмы. Растения синтезируют пищу посредством фотосинтеза, поэтому большая часть жизни на Земле зависит от пищевой цепи, вращающейся вокруг солнечного света. В ситуациях, когда нет солнечного света и, следовательно, растений, животные полагаются на первичное производство через процесс, известный как хемосинтез.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Хемосинтез — это процесс, при котором некоторые организмы, обычно бактерии, используют химическую энергию вместо солнечного света для получения органических соединений из неорганических веществ. В этом процессе энергия получается в результате окисления неорганических молекул, таких как сероводород или метан, и используется для производства органических молекул, таких как сахара, аминокислоты и липиды.

Хемосинтез определяется как биологическое производство органических соединений из одноуглеродных (C-1) соединений и питательных веществ с использованием энергии, полученной в результате окисления неорганических или C-1 органических молекул.

В океанических и внутренних водах хемосинтез обычно измеряется как темновая фиксация углерода (т.е. образование органического углерода из диоксида углерода в темноте). В целом, хемосинтезу уделяется меньше внимания, чем связанным с ним окислительно-восстановительным процессам, которые приводят в движение многие биогеохимические циклы и оказывают глубокое влияние на производство и круговорот парниковых газов, таких как двуокись углерода, метан и закись азота. Поэтому, хотя знания об этих связанных процессах могут быть значительными, существует недостаток знаний относительно пространственного распределения хемосинтеза среди различных типов экосистем и величины его вклада в общее первичное производство.

Хемосинтезирующие организмы широко распространены и весьма разнообразны в плане филогении, используемых субстратов, морфологии, среды обитания и метаболизма. При определенных условиях эти организмы потенциально могут обеспечивать более 50% фиксации углерода в экосистеме. Впервые хемосинтез как основа пищевой сети был замечен в 1977 году во время экспедиции по исследованию океана вблизи Галапагосских островов. 

Что такое хемосинтез

Хемосинтез – это синтез органических соединений с использованием энергии, полученной при окислении неорганических соединений. Хемосинтез происходит в отсутствие солнечного света, в таких местах, как гидротермальные источники в глубоком океане. Организмы, живущие в гидротермальных источниках, используют неорганические соединения, выходящие с морского дна, в качестве источника энергии для производства пищи. Таким образом, гидротермальные источники состоят из высокой биомассы, включая редкое распределение животных, которые зависят от пищи, поступающей в результате хемосинтеза. Хемосинтез в основном осуществляется микробами, которые обитают на морском дне и образуют микробные маты. Чешуйчатые черви, блюдца и улитки, такие как травоядные, могут быть найдены на циновке, поедающей ее. Хищники тоже приходят и поедают этих травоядных. Обнаружено, что такие животные, как трубчатые черви, живут как симбионты с хемосинтетическими бактериями. Гигантские трубчатые черви рядом с гидротермальным источником показаны на рисунке 1.

Рисунок 1: Гигантские трубчатые черви рядом с гидротермальным источником.

Во время хемосинтеза бактерии используют энергию, хранящуюся в химических связях сероводорода или газообразного водорода, для производства глюкозы из растворенного диоксида углерода и воды. Химическая реакция использования сероводорода в хемосинтезе показана ниже.

12ЧАС₂S + 6СО₂ → С₆ЧАС₁₂О₆ (Глюкоза) + 6ЧАС₂О + 12S

Организмы, выполняющие хемосинтез, называются хемотрофами. Хемоорганотрофы и хемолитотрофы – это две категории хемотрофов. Хемолитотрофы используют электроны из неорганических химических источников, таких как сероводород, ионы аммония, ионы двухвалентного железа и элементарная сера. Acidithiobacillus ferrooxidans, которая является железобактериями, Nitrosomonas, которая является нитрозифицирующими бактериями, Nitrobactor, которая представляет собой нитрифицирующие бактерии, окисляющие серу протеобактерии, aquificaeles и метаногенные археи являются примерами хемолитотрофов.

Открытие [ править ]

У гигантских трубчатых червей ( Riftia pachyptila ) вместо кишечника есть орган, содержащий хемосинтезирующие бактерии.

В 1890 году Сергей Виноградский предложил новый тип жизненного процесса под названием «аноргоксидант». Его открытие показало, что некоторые микробы могут жить исключительно на неорганической материи, и появилось во время его физиологических исследований серных, железных и азотных бактерий в 1880-х годах в Страсбурге и Цюрихе .

В 1897 году Вильгельм Пфеффер ввел термин «хемосинтез» для производства энергии путем окисления неорганических веществ в сочетании с автотрофной ассимиляцией углекислого газа — то, что сегодня назвали бы хемолитоавтотрофией. Позже этот термин будет расширен, чтобы включить также хемоорганоавтотрофов, которые представляют собой организмы, которые используют органические энергетические субстраты для ассимиляции диоксида углерода. Таким образом, хемосинтез можно рассматривать как синоним хемоавтотрофии .

Термин « хемотрофия », менее ограничительный, будет введен в 1940-х годах Андре Львоффом для получения энергии путем окисления доноров электронов, органических или нет, связанных с ауто- или гетеротрофией.

Гидротермальные источники править

Предположение Виноградского подтвердилось почти 90 лет спустя, когда в 1970-х годах было предсказано существование гидротермальных океанических жерл. Горячие источники и странные существа были обнаружены Элвином , первым в мире глубоководным аппаратом для погружения в воду, в 1977 году в Галапагосском разломе . Примерно в то же время тогдашняя аспирантка Коллин Кавано предложила хемосинтетические бактерии, которые окисляют сульфиды или элементарную серу, в качестве механизма, с помощью которого трубчатые черви могут выжить вблизи гидротермальных источников. Позже Кавано удалось подтвердить, что это действительно был метод, с помощью которого черви могли процветать, и ему обычно приписывают открытие хемосинтеза.

В телесериале 2004 года, который вел Билл Най, хемосинтез был назван одним из 100 величайших научных открытий всех времен.

Океаническая кора править

В 2013 году исследователи сообщили об открытии бактерий, обитающих в породах океанической коры под толстыми слоями отложений и помимо гидротермальных жерл, образующихся по краям тектонических плит . По предварительным данным, эти бактерии питаются водородом, образующимся в результате химического восстановления оливина морской водой, циркулирующей в небольших жилах, пронизывающих базальт , составляющий океаническую кору. Бактерии синтезируют метан, соединяя водород и углекислый газ.

Сущность фотосинтеза и хемосинтеза

Определение 1

Фотосинтез – это процесс выработки органических веществ на свету при участии пигмента хлорофилла.

Определение 2

Хемосинтез – это процесс выработки органических веществ при участии энергии химических связей.

Фотосинтез и хемосинтез являются базовыми процессами, происходящими в живых организмах. Эти процессы позволяют сформировать источники жизнедеятельности для автотрофных живых существ, а именно растительных организмов и небольшой группы бактерий. Эти организмы служат основным источником питания и началом пищевой пирамиды для гетеротрофов и сапротрофов.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки

ИИ ответит за 2 минуты

Что такое фотосинтез?

Фотосинтез – это метаболический процесс, посредством которого фотоавтотрофы преобразуют солнечную энергию в химическую энергию в органических соединениях, таких как углеводы, используя диоксид углерода и воду в качестве сырья в присутствии хлорофилла. В фотосинтезе есть два основных процесса; светлая реакция и темная реакция.

Легкая реакция фотосинтеза

Световая реакция происходит в тилакоидной мембране. В световой реакции молекулы пигмента поглощают энергию света и переходят к молекулам хлорофилла P680 в реакционном центре фотосистемы II. Как только P680 поглощает энергию, его электроны получают высокую энергию и повышаются. Первичные акцепторы электронов улавливают эти электроны высокой энергии и проходят через ряд молекул-носителей, таких как цитохром, и, наконец, проходят в фотосистему I. Когда электроны проходят через молекулы-носители, на каждом шаге энергия высвобождается, а высвобождаемая энергия сохраняется в форма спс. Это процесс называется фотофосфорилирование.

В то же время молекулы воды расщепляются за счет энергии света на О_2, и этот процесс называется фотолизом воды. Когда четыре молекулы воды расщепляются, это производит 2 молекулы кислорода, 4 протона и 4 электрона. Произведенные электроны от фотолиза заменяют потерянные электроны PS II. В конечном счете, произведенный кислород выпускает в атмосферу.

Впоследствии, когда PS я получаю энергию, его электроны также возбуждаются в высокие энергетические уровни. Акцепторы электронов принимают эти электроны и переходят в молекулы НАДФ. Затем молекулы НАДФ превращаются в НАДФН₂ молекулы.

Рисунок 01: Фотосинтез

Темная реакция фотосинтеза

Темная реакция (цикл Кальвина) происходит в строме хлоропласта. Он начинается с соединения С 5, называемого рибулозо-бисфосфатом. Бисфосфат рибулозы принимает углекислый газ и превращается в две молекулы фосфоглицерата (PGA). ПГА является первым стабильным продуктом этого процесса фотосинтеза, а также первым углеводом. Затем PGA превращается в PGAL, и это преобразование использует весь NADPH.₂ и часть АТФ, образующаяся в ходе световой реакции. В этой точке сложные углеводы, такие как глюкоза и сахароза, образуются из одной части PGA, в то время как оставшаяся PGA используется для генерации RuBP. Аналогично, темная реакция происходит циклически.

1.7. Фотосинтез и хемосинтез

Фотосинтез — процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО₂) и воды с использованием и преобразованием энергии света. Происходит у зеленых растений, цианобактерий и водорослей.

Красный и синий свет улавливается фотосинтезирующим пигментом — хлорофиллом, встроенным во внутреннюю мембрану пластид или в складки цитоплазматической мембраны прокариот. Зеленый свет отражается от листа, поэтому мы видим листья зелеными.

Фотосинтез подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их не совсем точно называют световой и темновой фазами.

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в химическую энергию АТФ и НАДФН₂. Осуществляется на свету в мембранах гран при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

• возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
• восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до НАДФН₂; 2Н+ + 4е — +НАДФ+ → НАДФН₂;
• фотолиз воды, происходящий при участии квантов света: 2Н₂O → 4Н++ 4е— + O₂.

Процесс происходит внутри тилакоидов гран хлоропластов;

• протоны водорода Н+ накапливаются в Н+-резервуаре внутри граны. Их накопление на внутренней стороне мембраны приводит к нарастанию разности потенциалов. При этом внутренняя сторона мембраны заряжается положительно, за счет протонов, а наружная — отрицательно, за счет электронов;
• начинает работать протонная помпа, обеспечивающая движение протонов из тилакоидов в строму через канал АТФ-синтетазы под действием электрического поля. В строме же находится АДФ и остатки фосфорной кислоты, которые используются для синтеза АТФ.

Результатами световых реакций являются: образование кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФН₂.

Темновая фаза — процесс преобразования СO₂ в глюкозу в строме хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФН₂.

Реакции фиксации углерода — это последовательные преобразования СO₂ в глюкозу:

• сначала происходит фиксация молекул С0₂ 1-5-рибуло-зодифосфатом, при участии ферментов;
• затем диоксид постепенно восстанавливается до глюкозы при участии АТФ и НАДФН₂ (Цикл Кальвина): СO₂ + 24Н -> С₆Н₁₂O₆ + 6Н₂O;
• помимо молекул глюкозы в строме образуются аминокислоты, нуклеотиды, спирты.

Рис. 12. Схема фотосинтеза

Суммарное уравнение фотосинтеза:

Значение фотосинтеза:

• фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;
• в процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов;
• кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;
• фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.

Хемосинтез — образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:

• окисление аммиака до азотистой и азотной кислот нитрифицирующими бактериями:

• превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:
• окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями:

Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.

Роль хемосинтеза: бактерии-хемосинтетики разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.

Просмотров: 3 042

Разница между хемосинтезом и фотосинтезом

Энергетический ресурс

Хемосинтез: Источником энергии хемосинтеза является химическая энергия, запасенная в неорганических химических веществах, таких как сероводород.

Фотосинтез: Источником энергии фотосинтеза является солнечный свет.

Преобразование энергии

Хемосинтез: Химическая энергия, запасенная в неорганических соединениях, сохраняется в органических соединениях во время хемосинтеза.

Фотосинтез: Световая энергия преобразуется в химическую энергию во время фотосинтеза.

Организмы

Хемосинтез: Хемосинтезирующие организмы все вместе называются хемотрофами.

Фотосинтез: Фотосинтезирующие организмы все вместе называются фототрофами.

Вовлеченные пигменты

Хемосинтез: В хемосинтезе пигменты не участвуют.

Фотосинтез: Хлорофилл, каротиноиды и фикобилины – это пигменты, участвующие в фотосинтезе.

Вовлеченные пластиды

Хемосинтез: Пластиды не участвуют в хемосинтезе.

Фотосинтез: Хлоропласты – это пластиды растений; реакции фотосинтеза сосредоточены в клетке.

Кислород как побочный продукт

Хемосинтез: Газообразный кислород не выделяется в качестве побочного продукта.

Фотосинтез: Кислород выделяется как побочный продукт во время фотосинтеза.

Вклад в общую биосферную энергию

Хемосинтез: Хемосинтез имеет меньший вклад в общую энергию биосферы.

Фотосинтез: Фотосинтез имеет более высокий вклад в общую энергию биосферы.

Категории

Хемосинтез: Хемоорганотрофы и хемолитотрофы – это две категории хемотрофов.

Фотосинтез: Фотоавтотрофы и фотогетеротрофы – две категории фототрофов.

Присутствие

Хемосинтез: Хемосинтез обнаружен у таких бактерий, как Acidithiobacillus ferrooxidans, Nitrosomonas, Nitrobacter, окисляющих серу протеобактерий, aquificaeles и архей, таких как метаногенные археи.

Фотосинтез: Фотосинтез находится в зеленых растениях, цианобактериях, водорослях и родобактериях.

Заключение

Хемосинтез и фотосинтез – это два типа первичной продукции, обнаруживаемой среди организмов. Хемосинтез и фотосинтез подпитывают все формы жизни на Земле. Как большинство хемосинтетических, так и фотосинтезирующих организмов используют углекислый газ и воду для производства органических соединений в качестве пищи. Хемосинтез использует химическую энергию, запасенную в неорганических соединениях, для производства простых сахаров, таких как глюкоза. Это основной источник энергии для большинства животных, обитающих в гидротермальных источниках в глубоком море, куда не может попасть солнечный свет. Напротив, фотосинтез использует световую энергию солнца для производства глюкозы. Хемосинтез в основном встречается у бактерий, которые могут жить независимо на морском дне, или у симбионтов, живущих внутри животных, таких как трубчатые черви, заменяя их кишечник. Наземные растения являются основными производителями большинства пищевых цепочек на Земле. Однако основное различие между хемосинтезом и фотосинтезом заключается в их источнике энергии.

Ссылка: 1. Комитет Национального исследовательского совета (США) по возможностям исследований в области биологии. «Экология и экосистемы». Возможности в биологии. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1989 г. Web. 03 апреля 2017 г. 2. Совет по изучению океана Национального исследовательского совета (США). «Достижения в биологической океанографии». 50 лет открытия океана: Национальный научный фонд 1950-2000 гг. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Web. 03 апреля 2017 г. 3. Купер, Джеффри М. «Фотосинтез». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Web. 03 апреля 2017.

Изображение предоставлено: 1. «Гигантские трубчатые черви рядом с вентиляцией». Автор НАСА – (общественное достояние) через Commons Wikimedia 2. «318743» (общественное достояние) через Pixabay

Распространение и экологические функции

Гигантские многощетинковые черви (Riftia pachyptila) имеют орган, содержащий хемосинтетических бактерий вместо пищеварительной системы.

Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света и являющиеся продуцентами. Хемосинтетические организмы могут потребляться другими организмами в океане или образовывать симбиотические ассоциации с гетеротрофами. Гигантские многощетинковые черви используют бактерий в их трофосомах (англ.)русск. для связывания диоксида углерода (используя сероводород как источник энергии) продуцирования сахаров и аминокислот. В некоторых реакциях получается сера

12H₂S + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ (=углеводы) + 6H₂O + 12S:

Вместо высвобождения кислорода при фиксации углекислого газа во время фотосинтеза, из сероводорода в процессе хемосинтеза получаются водорастворимые глобулы серы. В бактериях способных к хемоавторофии в форме хемосинтеза, таких как пурпурные серные бактерии (англ.)русск., пурпурные глобулы серы окрашивают цитоплазму в соответствующий цвет.
Большие популяции животных могут поддерживаться за счет хемосинтезирующих бактерий и архей в белых и черных курильщиках, метановых клатратах, холодных просачиваниях (англ.)русск., трупах китов (англ.)русск., изолированных подземных водных пещерах.

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца.

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота, преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных метанокисляющих архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы.

Была выдвинута гипотеза о том, что хемосинтез может поддерживать жизнь под поверхностью Марса, спутника Юпитера — Европы и других планет . Хемосинтез также может быть первым типом метаболизма, который возник на Земле, что привело позже к возникновению клеточного дыхания и фотосинтеза.

Роль и значение в круговороте веществ

Процесс хемосинтеза играет огромную роль во многих экологических процессах:

• серобактерии образуют серные месторождения, а за счет образования серной кислоты выщелачивают руды, ускоряют разрушение горных пород; также находят применение на очистных сооружениях, очищая промышленные стоки от серы;
• нитрофицирующие бактерии осуществляют круговорот азота в биосфере, повышают урожайность сельскохозяйственных культур;
• железобактерии образуют отложения болотных железных руд;
• водородные бактерии окисляют водород, накапливающийся в почве результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов, в народном хозяйстве их используют для получения кормового и пищевого белка.

Хемосинтезирующие организмы

Существуют различные типы хемосинтетических микроорганизмов, некоторые из которых являются необязательными, а другие – обязательными. Это означает, что одни зависят исключительно от хемосинтеза для получения энергии и органических веществ, а другие делают это, если окружающая среда их обуславливает.

Хемосинтезирующие микроорганизмы не сильно отличаются от других микроорганизмов, поскольку они также получают энергию от процессов переноса электронов, в которых участвуют такие молекулы, как флавины, хиноны и цитохромы.

Из этой энергии они могут синтезировать клеточные компоненты из сахаров, которые синтезируются внутри, благодаря восстановительной ассимиляции диоксида углерода.

Некоторые авторы считают, что хемосинтетические организмы можно разделить на хемо-органоавтотрофов и хемо-литоавтотрофов в зависимости от типа соединения, из которого они извлекают энергию, которое может быть органическим или неорганическим соответственно.

Что касается прокариот, то большинство хемосинтезирующих организмов – это грамотрицательные бактерии, обычно из рода Pseudomonas и других родственных им бактерий. Среди них:

– Нитрифицирующие бактерии.

– Бактерии, способные окислять серу и соединения серы (Sulfur Bacteria).

– Бактерии, способные окислять водород (Hydrogen Bacteria).

– Бактерии, способные окислять железо (Iron Bacteria).

Хемосинтетические микроорганизмы используют энергию, которая теряется в биосферной системе. Они составляют значительную часть биоразнообразия и плотности населения многих экосистем, где внедрение органических веществ очень ограничено.

Их классификация связана с соединениями, которые они могут использовать в качестве доноров электронов.