Chemosynthetische Bakterien: Definition, Arten und Überlebensstrategien

Chemosynthetische Bakterien sind eine Art autotropher Organismus, eine Lebensform, die ihre Nahrung aus Nicht-Nahrungsquellen bezieht. Die andere Art von Autotroph ist der photosynthetische Organismus, zu dem die meisten Pflanzen und einige Arten von Bakterien gehören. Photosynthetische Organismen erzeugen Nährstoffe mithilfe von Licht. Chemosynthetische Organismen verwenden chemische Reaktionen, um anorganische Substanzen in Nährstoffe umzuwandeln. Sie werden nach der Art des anorganischen Moleküls beschrieben, das sie als Eingang für ihre Reaktionen verwenden.

Bakterien, die Metallionen verwenden

Chemosynthese funktioniert im Allgemeinen durch Oxidation einer anorganischen Substanz. Oxidieren bedeutet, dass die Reaktion Elektronen von dem oxidierten Molekül wegnimmt. Die Elektronen gelangen zu einem anderen Molekül, um dessen Umwandlung in eine andere Verbindung zu erleichtern – im Falle chemosynthetischer Bakterien in organische Moleküle. Stämme von Bakterien verwenden Eisen, Arsen, Mangan und Uran als ihre Elektronenquellen und werden nach dem Metall identifiziert, das sie verwenden.

Methanobakterien

Diese Bakterien bewohnen Feuchtgebiete, Gebiete mit hohem Abwassergehalt und Darmtrakte. Sie kombinieren Kohlendioxid und Wasserstoff, wodurch der Sauerstoff, den sie zum Leben benötigen, freigesetzt wird und Methan als Nebenprodukt entsteht.

Schwefelbakterien

Schwefelbakterien werden tief im Meer gefunden. Die ersten Kolonien wurden in der Nähe der Galapagos-Inseln in der Nähe von tiefseehydrothermalen Quellen entdeckt. Wasserstoffsulfid strömt aus den vulkanischen Quellen und schafft eine Umgebung, von der Wissenschaftler dachten, sie sei lebensfeindlich. Die dort lebenden Schwefelbakterien verwandeln Wasserstoffsulfid in elementaren Schwefel und produzieren gleichzeitig organische Moleküle, die sie als Nährstoffe verwenden. Schwefelbakterien finden sich auch in kalten Seeps im Golf von Mexiko, wo Wasserstoffsulfid aus dem Sediment ins Meer sickert, ohne begleitende Hitze. Um kalte Seeps herum finden sich Schwefelbakterien in Röhrenwürmern. Die Würmer nehmen Wasserstoffsulfid auf und leiten es an die Bakterien weiter, die wiederum organische Moleküle produzieren, die der Röhrenwurm teilt.

Stickstoffbakterien

Diese chemosynthetischen Bakterien führen Reaktionen mit Stickstoffverbindungen durch. Es gibt drei Kategorien von Stickstoffbakterien: nitrifizierende, denitrifizierende und stickstofffixierende. Nitrifizierende Bakterien leben im Boden, wo Ammoniakverbindungen vorkommen. Ammoniak enthält Stickstoff und Wasserstoff. Einige Bakterien verwenden diese Verbindungen, um Nitrite zu erzeugen, eine Verbindung aus Stickstoff und Sauerstoff. Andere Bakterien fahren mit dem Prozess fort, indem sie die Nitrite in Nitrate umwandeln, Verbindungen aus Stickstoff und Sauerstoff, die mehr Sauerstoff enthalten als Nitrite, und die Pflanzen über ihr Wurzelsystem aufnehmen und als Nährstoffe verwenden können. Alle Bakterien, die an diesem Prozess teilnehmen, werden als nitrifizierende Bakterien bezeichnet. Denitrifizierende Bakterien empfinden den Boden, weil sie die Nitrate zerstören, die Nährstoffe für Pflanzen liefern. Diese Bakterien beziehen ihre Nahrung aus der Umwandlung von Nitraten in andere Verbindungen, einschließlich Stickstoff und Nitrite, die Pflanzen nicht in die Moleküle umwandeln können, die sie benötigen. Bakterien, die Stickstoff fixieren, leben in den Wurzeln bestimmter Pflanzen, einschließlich Hülsenfrüchte. Sie verwandeln atmosphärischen Stickstoff in Nitrate. Atmosphärischer Stickstoff ist eine stabile Verbindung, daher sind die Reaktionen, die diese Bakterien durchführen, schwer zu replizieren. Fritz Haber, ein deutscher Chemiker, erhielt 1918 den Nobelpreis für Chemie für seinen Prozess der künstlichen Stickstofffixierung. Der Haber-Prozess wird verwendet, um kommerzielle Düngemittel in einer mechanisierten Nachahmung dessen herzustellen, was stickstofffixierende Bakterien in Hülsenfruchtwurzeln tun.