化学合成

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Venenivibrio stagnispumantisは、水素ガスを酸化することによってエネルギーを獲得します。

生化学では、化学合成とは、無機化合物(水素ガス、硫化水素など)または第一鉄イオン酸化ソースとして使用して、1つ以上の炭素含有分子(通常は二酸化炭素またはメタン)と栄養素を有機物に生物学的に変換することです。光合成のように、日光ではなくエネルギーChemoautotrophs生物から炭素を得る二酸化炭素化学合成を通じて、系統発生的に多様です。目立つまたは生物地球化学的に重要な分類群を含むグループには、硫黄酸化ガンマおよびイプシロンプロテオバクテリアアクウィフェクス門メタン生成古細菌、および好中球性鉄酸化細菌が含まれます。

海の暗い地域にいる多くの微生物は、化学合成を使用して単一の炭素分子からバイオマスを生成します。 2つのカテゴリを区別できます。水素分子(H稀な部位に2)利用可能である、COとの反応から利用可能なエネルギー2およびH 2(メタンの生成をもたらす、CH 4は)バイオマスの生産を駆動するために十分な大きさであることができます。あるいは、ほとんどの海洋環境では、化学合成のエネルギーは、硫化水素アンモニアなどの物質が酸化される反応から得られます。これは、酸素の存在の有無にかかわらず発生する可能性があります。

多くの化学合成微生物は海洋の他の生物によって消費されており、化学合成物質と呼吸従属栄養生物との共生関係は非常に一般的です。動物の大集団は、化学合成によって支持することができる二次生産熱水ベントメタンクラスレート冷水湧出帯クジラ転倒、及び単離された洞窟の水

嫌気性化学合成は、火星木星のエウロパ、および他の惑星表面下の生命をサポートする可能性があるとの仮説が立てられています。[1]化学合成はまた、地球上で進化した最初のタイプの代謝であり、細胞呼吸と光合成が後に発達する道を開いた可能性があります。

硫化水素の化学合成プロセス

ジャイアントチューブワームは、トロフォソーム内のバクテリアを使用して二酸化炭素固定し硫化水素を電子と酸素として使用[2]、または硝酸塩をエネルギー源として使用)、糖とアミノ酸を生成します。[3] いくつかの反応は硫黄を生成します:

硫化水素の化学合成:[4]
18 H 2 S + 6CO 2 + 3 O 2 →C 6 H 12 O 6炭水化物)+ 12 H 2 O + 18 S

光合成のように二酸化炭素を固定しながら酸素ガスを放出する代わりに、硫化水素化学合成はその過程硫黄の固体小球を生成します。紅色硫黄細菌などの化学合成独立栄養(化学合成を形成する)が可能な細菌では[5]、黄色の硫黄球が細胞質に存在し、目に見えます。

発見

ジャイアントチューブワーム(Riftia pachyptila)は、腸の代わりに化学合成細菌を含む器官を持っています。

1890年、セルゲイヴィノグラドスキーは、「アノルゴキシダント」と呼ばれる新しいタイプのライフプロセスを提案しました。彼の発見は、いくつかの微生物が無機物だけで生きることができ、1880年代にストラスブールチューリッヒで硫黄、鉄、窒素細菌に関する生理学的研究中に出現したことを示唆しました

1897年、ヴィルヘルムペファーは、独立栄養二酸化炭素の同化に関連して、無機物質の酸化によるエネルギー生産の「化学合成」という用語を作り出しました。これは、今日では化学合成独立栄養と呼ばれています。その後、この用語は、二酸化炭素を吸収するために有機エネルギー基質を使用する生物である化学有機独立栄養生物も含むように拡張されます。[6]したがって、化学合成は化学合成独立栄養の同義語と見なすことができます

制限の少ない化学栄養という用語は、1940年代にアンドレ・ルヴォフによって、自己栄養または従属栄養に関連する有機または非有機の電子供与体の酸化によるエネルギーの生成のために導入されました[7] [8]

熱水噴出孔

熱水噴出孔の動物相
熱水ベント微生物は、上の化学合成を受ける東太平洋海嶺、および複雑な動物相との熱水噴出孔のエビスクワットロブスタームール貝ベント

ヴィノグラードスキーの提案は、ほぼ90年後、1970年代に熱水海洋ベントが存在すると予測されたときに確認されました。温泉と奇妙な生き物は、1977年にガラパゴスリフトで世界初の深海潜水艇であるアルビン号によって発見されました。ほぼ同時に、当時の大学院生のコリーン・キャヴァノーは、熱水噴出孔の近くチューブワームが生き残るためのメカニズムとして、硫化物または硫黄元素を酸化する化学合成細菌を提案しました。 Cavanaughは後に、これが実際にワームが繁殖する方法であり、化学合成の発見が一般的に認められていることを確認しました。[9]

ビル・ナイが主催した2004年のテレビシリーズは、化学合成を史上最高の100の科学的発見の1つとして挙げました。[10] [11]

海洋地殻

2013年に、研究者は、堆積物の厚い層の下の海洋地殻の岩に、そして構造プレートの端に沿って形成される熱水噴出孔とは別に、バクテリアの発見を報告しました予備的な発見は、これらのバクテリアは、海洋地殻を構成する玄武岩に浸透する小さな静脈を循環する海水によるかんらん石の化学的還元によって生成された水素に存在するということです。バクテリアは水素と二酸化炭素を組み合わせてメタンを合成します。[12]

も参照してください

参考文献

  1. ^ Julian Chela-Flores(2000):「火星とヨーロッパでの生存の候補としての陸生微生物」、Seckbach、Joseph(ed。) Journey to Diverse Microbial Worlds:Adaptation to Exotic Environments、Springer、pp。387–398。ISBN  0-7923-6020-6
  2. ^ Schmidt-Rohr、Klaus(2020)。「酸素は複雑な多細胞生物に動力を与える高エネルギー分子です:伝統的な生物エネルギー学への基本的な修正」ACSオメガ5(5):2221–2233。土井10.1021 /acsomega.9b03352ISSN 2470年から1343年PMC 7016920PMID 32064383   
  3. ^ 環境管理および資源回復のためのバイオテクノロジースプリンガー。2013.p。179. ISBN 978-81-322-0876-1
  4. ^ 「Chemolithotrophy |無限の微生物学」courses.lumenlearning.com 2020411日取得
  5. ^ 紫色の光合成細菌ハンター、C。ニール。ドルドレヒト:スプリンガー。2009年。ISBN 978-1-4020-8814-8OCLC  304494953CS1 maint:その他(リンク
  6. ^ ケラーマン、MY; etal。(2012)。「嫌気性メタン酸化微生物群集における炭素固定の主要なモードとしての独立栄養生物」手順 国立 Acad。科学。USA 109(47):19321–19326。Bibcode2012PNAS..10919321K土井10.1073 /pnas.1208795109PMC 3511159PMID 23129626   
  7. ^ ケリー、DP; ウッド、AP(2006)。「化学合成原核生物」原核生物ニューヨーク:スプリンガー。pp。441–456。土井10.1007 / 0-387-30742-7_15ISBN 978-0-387-25492-0
  8. ^ Schlegel、HG(1975)。「化学独立栄養のメカニズム」(PDF)Kinne、O.(ED。)。海洋生態系2、パートI. pp。9–60。ISBN  0-471-48004-5 |volume=余分なテキストがあります(ヘルプ
  9. ^ Cavenaugh、Colleen M。; etal。(1981)。「熱水ベントチューブワームの原核細胞RiftiaJones:可能性のある化学合成独立栄養シンビオント」。科学213(4505):340–342。土井10.1126 /science.213.4505.340PMID 17819907 
  10. ^ 「100の最も偉大な発見(2004–2005)」IMDb
  11. ^ 「最大の発見」科学2013年3月19日にオリジナルからアーカイブされまし 「進化における最大の発見」をオンラインでご覧ください。
  12. ^ 「地球内部からのエネルギーによって支えられた海洋地殻の奥深くの生命」ScienceDaily2013年3月14日2013年3月16日取得

外部リンク

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