chemosynthesis merupakan karakteristik dari proses biologis tertentu autotrophs memanfaatkan energi kimia untuk mengkonversi bahan anorganik di bahan organik. Ini berbeda dari fotosintesis karena fotosintesis menggunakan energi dari sinar matahari.
Organisme yang mampu kemosintesis umumnya prokariota seperti bakteri dan mikroorganisme lain seperti archaea, yang mengekstrak energi dari reaksi yang melibatkan oksidasi senyawa yang sangat kecil.
Foto Riftia pachyptila, organisme kemosintetik (Sumber: NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011 [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Contoh bakteri kemosintetik yang paling umum adalah bakteri nitrifikasi, yang mengoksidasi amonia untuk menghasilkan nitrogen dioksida, serta bakteri belerang, yang mampu mengoksidasi asam sulfat, belerang, dan senyawa belerang lainnya.
Indeks artikel
Asal usul konsep
Ahli mikrobiologi Sergei Winogradsky, pada tahun 1890, adalah ilmuwan pertama yang berbicara tentang kemungkinan adanya proses kemosintetik, karena ia berasumsi bahwa pasti ada proses yang mirip dengan fotosintesis yang menggunakan sumber energi selain sinar matahari .
Namun, istilah “kemosintesis” diciptakan pada tahun 1897 oleh Pfeffer. Teori Winogradsky terbukti pada tahun 1977 selama ekspedisi yang dilakukan oleh kapal selam “Alvin” ke perairan laut dalam, di sekitar Kepulauan Galapagos.
Selama ekspedisi ini, para ilmuwan di kapal selam menemukan ekosistem bakteri yang hidup dengan adanya materi anorganik dan lainnya yang bersimbiosis dengan beberapa hewan laut invertebrata .
Saat ini, berbagai ekosistem kemosintetik dikenal di seluruh dunia, terutama terkait dengan lingkungan laut dan samudera dan, pada tingkat lebih rendah, dengan ekosistem darat. Dalam lingkungan ini, mikroorganisme kemosintetik merupakan produsen utama bahan organik yang penting.
Fase
Kemosintesis hampir selalu terjadi pada antarmuka lingkungan aerobik dan anaerobik, di mana produk akhir dekomposisi anaerobik dan sejumlah besar oksigen terkonsentrasi.
Seperti fotosintesis, kemosintesis memiliki fase yang terdefinisi dengan baik: oksidatif dan biosintetik. Yang pertama menggunakan senyawa anorganik dan selama yang kedua bahan organik diproduksi.
Fase oksidatif
Selama fase pertama ini dan tergantung pada jenis organisme yang dipertimbangkan, berbagai jenis senyawa anorganik tereduksi dioksidasi, seperti amonia, belerang dan turunannya, besi, beberapa turunan nitrogen, hidrogen, dll.
Pada fase ini, oksidasi senyawa ini melepaskan energi yang digunakan untuk fosforilasi ADP, membentuk ATP, salah satu mata uang energi utama makhluk hidup dan, di samping itu, daya pereduksi dihasilkan dalam bentuk molekul NADH.
Kekhususan proses kemosintetik berkaitan dengan bagian mana dari ATP yang dihasilkan digunakan untuk mempromosikan transpor balik rantai elektron, untuk mendapatkan jumlah yang lebih besar dari zat pereduksi dalam bentuk NADH.
Ringkasnya, tahap ini terdiri dari pembentukan ATP dari oksidasi donor elektron yang sesuai, yang energi yang berguna secara biologis digunakan dalam fase biosintesis.
Fase biosintesis
Biosintesis bahan organik (senyawa karbon) terjadi berkat penggunaan energi yang terkandung dalam ikatan energi tinggi ATP dan daya pereduksi yang tersimpan dalam molekul NADH.
Fase kedua kemosintesis ini “homolog” dengan yang terjadi selama fotosintesis, karena ada fiksasi atom karbon dalam molekul organik.
Di dalamnya, karbon dioksida (CO2) difiksasi dalam bentuk karbon organik, sedangkan ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik.
Organisme kemosintesis
Ada berbagai jenis mikroorganisme kemosintetik, beberapa bersifat opsional dan lainnya diperlukan. Ini berarti bahwa beberapa bergantung secara eksklusif pada kemosintesis untuk mendapatkan energi dan bahan organik, dan yang lain melakukannya jika lingkungan mengkondisikannya.
Mikroorganisme kemosintetik tidak jauh berbeda dengan mikroorganisme lain, karena mereka juga memperoleh energi dari proses transpor elektron di mana molekul seperti flavin, kuinon, dan sitokrom terlibat.
Dari energi ini, mereka mampu mensintesis komponen seluler dari gula yang disintesis secara internal berkat asimilasi reduktif karbon dioksida.
Beberapa penulis menganggap bahwa organisme kemosintetik dapat dibagi menjadi chemo-organoautotrophs dan chemo-lithoautotrophs, menurut jenis senyawa dari mana mereka mengekstrak energi, yang dapat organik atau anorganik, masing-masing.
Sejauh prokariota yang bersangkutan, sebagian besar organisme kemosintetik adalah bakteri gram negatif, biasanya dari genus Pseudomonas dan yang terkait lainnya. Diantaranya adalah:
– Bakteri nitrifikasi.
– Bakteri yang mampu mengoksidasi senyawa belerang dan belerang ( Bakteri Sulfur ).
– Bakteri yang mampu mengoksidasi hidrogen ( Bakteri Hidrogen ).
– Bakteri yang mampu mengoksidasi besi (Iron Bakteri ).
Mikroorganisme kemosintetik menggunakan jenis energi yang akan hilang dalam sistem biosfer. Ini merupakan bagian besar dari keanekaragaman hayati dan kepadatan populasi banyak ekosistem di mana pengenalan bahan organik sangat terbatas.
Klasifikasi mereka berkaitan dengan senyawa yang mampu mereka gunakan sebagai donor elektron.
bakteri nitrifikasi
Mereka ditemukan pada tahun 1890 oleh Winogradsky dan beberapa genera yang digambarkan sejauh ini membentuk agregat yang dikelilingi oleh membran yang sama. Mereka umumnya diisolasi dari lingkungan terestrial.
Nitrifikasi melibatkan oksidasi amonium (NH4) menjadi nitrit (NO2-) dan nitrit (NO2-) menjadi nitrat (NO3-). Kedua kelompok bakteri yang berpartisipasi dalam proses ini sering hidup berdampingan di habitat yang sama untuk memanfaatkan kedua jenis senyawa tersebut dengan menggunakan CO2 sebagai sumber karbon.
Bakteri yang mampu mengoksidasi senyawa belerang dan belerang
Ini adalah bakteri yang mampu mengoksidasi senyawa belerang anorganik dan menyimpan belerang di dalam sel dalam kompartemen tertentu. Dalam kelompok ini diklasifikasikan beberapa bakteri berfilamen dan non-filamen dari berbagai genera bakteri fakultatif dan obligat.
Organisme ini mampu menggunakan senyawa belerang yang sangat beracun bagi sebagian besar organisme.
Senyawa yang paling umum digunakan oleh bakteri jenis ini adalah gas H2S (asam sulfat). Namun, mereka juga dapat menggunakan unsur belerang, tiosulfat, politionat, sulfida logam, dan molekul lain sebagai donor elektron.
Beberapa dari bakteri ini membutuhkan pH asam untuk tumbuh, itulah sebabnya mereka dikenal sebagai bakteri acidophilic, sementara yang lain dapat melakukannya pada pH netral, mendekati “normal”.
Banyak dari bakteri ini dapat membentuk “tempat tidur” atau biofilm di berbagai jenis lingkungan, tetapi terutama di saluran pembuangan industri pertambangan, di mata air panas belerang dan di sedimen laut.
Mereka biasanya disebut bakteri tidak berwarna, karena mereka berbeda dari bakteri hijau dan ungu lainnya yang fotoautotrofik karena mereka tidak memiliki pigmen apapun, dan mereka tidak membutuhkan sinar matahari.
Bakteri yang mampu mengoksidasi hidrogen
Dalam kelompok ini adalah bakteri yang mampu tumbuh di media mineral dengan atmosfer yang kaya akan hidrogen dan oksigen dan sumber karbonnya hanya karbon dioksida.
Baik bakteri gram negatif maupun gram positif ditemukan di sini, mampu tumbuh dalam kondisi heterotrofik dan yang dapat memiliki berbagai jenis metabolisme.
Hidrogen terakumulasi dari pemecahan anaerobik molekul organik, yang dicapai oleh bakteri fermentasi yang berbeda. Unsur ini merupakan sumber penting bakteri dan archaea kemosintetik.
Mikroorganisme yang mampu menggunakannya sebagai donor elektron melakukannya berkat adanya enzim hidrogenase yang terkait dengan membrannya, serta adanya oksigen sebagai akseptor elektronik.
Bakteri yang mampu mengoksidasi besi dan mangan
Kelompok bakteri ini mampu menggunakan energi yang dihasilkan dari oksidasi mangan atau besi dalam keadaan besi menjadi besi. Ini juga mencakup bakteri yang mampu tumbuh dengan adanya tiosulfat sebagai donor hidrogen anorganik.
Dari sudut pandang ekologi, bakteri pengoksidasi besi dan magnesium penting untuk detoksifikasi lingkungan, karena mereka mengurangi konsentrasi logam terlarut beracun.
Organisme simbiosis
Selain bakteri yang hidup bebas, ada beberapa hewan invertebrata yang hidup di lingkungan yang tidak ramah dan berasosiasi dengan jenis bakteri kemosintetik tertentu untuk bertahan hidup.
Penemuan simbion pertama terjadi setelah mempelajari cacing tabung raksasa, Riftia pachyptila , yang tidak memiliki saluran pencernaan dan memperoleh energi vital dari reaksi yang dilakukan oleh bakteri yang terkait dengannya.
Perbedaan dengan fotosintesis
Karakteristik paling khas dari organisme kemosintetik adalah bahwa mereka menggabungkan kemampuan untuk menggunakan senyawa anorganik untuk mendapatkan energi dan mengurangi daya, serta secara efektif mengikat molekul karbon dioksida. Sesuatu yang bisa terjadi tanpa adanya sinar matahari.
Fotosintesis dilakukan oleh tumbuhan , alga, dan oleh beberapa kelas bakteri dan protozoa. Ini menggunakan energi dari sinar matahari untuk mendorong transformasi karbon dioksida dan air (fotolisis) menjadi oksigen dan karbohidrat, melalui produksi ATP dan NADH.
Kemosintesis, sebaliknya, memanfaatkan energi kimia yang dilepaskan dari reaksi oksidasi-reduksi untuk memperbaiki molekul karbon dioksida dan menghasilkan gula dan air berkat memperoleh energi dalam bentuk ATP dan daya reduksi.
Dalam kemosintesis, tidak seperti fotosintesis, tidak ada pigmen yang terlibat dan oksigen tidak diproduksi sebagai produk sampingan.
Referensi
- Dubilier, N., Bergin, C., & Lott, C. (2008). Keanekaragaman simbiosis pada hewan laut: Seni memanfaatkan kemosintesis. Ulasan Alam Mikrobiologi , 6 (10), 725-740.
- Engel, AS (2012). Kemoautotrofi. Ensiklopedia Gua , (1997), 125–134.
- Enger, E., Ross, F., & Bailey, D. (2009). Konsep dalam Biologi (edisi ke-13). McGraw-Hill.
- Kinne, O. (1975). Ekologi Laut . (O. Kinne, Ed.), Hitung. Menghibur. (Edisi ke-2, Vol. II). John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1145/973801.973803
- Lees, H. (1962). IV. Beberapa Pemikiran tentang Energetika Kemosintesis . Simposium tentang autotrofi .
- Pace, M., & Lovett, G. (2013). Produksi primer: Fondasi Ekosistem. Dalam Fundamentals of Ecosystem Science (hlm. 27–51). Elsevier Inc.
