التغذية الكيميائية: الخصائص والأنواع - مادة الاحياء - 2026

إن المواد الكيميائية أو التخليق الكيميائي هي مجموعة من الكائنات الحية لتعيش مركبات غير عضوية مخفضة تستخدم كمواد خام ، والتي تستمد منها الطاقة لاستخدامها لاحقًا في التمثيل الغذائي التنفسي.

تُعرف هذه الخاصية التي تتمتع بها هذه الكائنات الدقيقة المتمثلة في الحصول على الطاقة من مركبات بسيطة جدًا لتوليد مركبات معقدة أيضًا باسم التركيب الكيميائي ، وهذا هو سبب تسمية هذه الكائنات أحيانًا أيضًا بالتركيبات الكيميائية.

Nitrobacter هو جنس من البكتيريا الكيماوية

ومن الخصائص المهمة الأخرى أن هذه الكائنات الحية الدقيقة تتميز عن البقية بالنمو في وسط معدني صارم وبدون ضوء ، لذلك يطلق عليها أحيانًا اسم الكيميائيات الكيميائية.

مميزات

الموطن

الينابيع الساخنة موطن بكتيريا التخليق الكيميائي

تعيش هذه البكتيريا حيث يخترق أقل من 1 ٪ من ضوء الشمس ، أي أنها تزدهر في الظلام ، دائمًا في وجود الأكسجين.

ومع ذلك ، فإن الموقع المثالي لتطوير بكتيريا التخليق الكيميائي هو طبقات الانتقال بين الظروف الهوائية واللاهوائية.

المواقع الأكثر شيوعًا هي: الرواسب العميقة ، أو المناطق المحيطة بنقوش الغواصة أو المرتفعات الموجودة في الغواصات الموجودة في الجزء الأوسط من المحيطات ، والمعروفة باسم تلال وسط المحيط.

هذه البكتيريا قادرة على البقاء في البيئات ذات الظروف القاسية. قد توجد في هذه المواقع فتحات حرارية مائية يتدفق منها الماء الساخن أو حتى تدفق الصهارة.

العمل في البيئة

هذه الكائنات الحية الدقيقة ضرورية في النظام البيئي ، لأنها تحول المواد الكيميائية السامة المنبعثة من هذه الفتحات إلى غذاء وطاقة.

هذا هو السبب في أن كائنات التخليق الكيميائي تلعب دورًا أساسيًا في استعادة الأطعمة المعدنية وأيضًا إنقاذ الطاقة التي ، لولا ذلك ، ستضيع.

أي أنها تعزز الحفاظ على السلسلة الغذائية أو السلسلة الغذائية.

هذا يعني أنها تعزز نقل المواد الغذائية من خلال الأنواع المختلفة للمجتمع البيولوجي ، حيث يتغذى كل واحد على النوع السابق ويكون طعامًا للنوع التالي ، مما يساعد على الحفاظ على توازن النظام البيئي.

تساهم هذه البكتيريا أيضًا في إنقاذ أو تحسين بعض البيئات البيئية الملوثة بالحوادث. على سبيل المثال ، في مناطق الانسكاب النفطي ، في هذه الحالات ، تساعد هذه البكتيريا في معالجة النفايات السامة لتحويلها إلى مركبات أكثر أمانًا.

تصنيف

يتم تصنيف الكائنات الكيميائية التخليقية أو كيميائية التغذية إلى كيميائيات كيميائية وكيميائية متغايرة.

Chemoautotrophs

التي يستخدمونها CO ₂ كمصدر الكربون، ويجري استيعابها من خلال دورة كالفين وتحويلها إلى المكونات الخلوية.

من ناحية أخرى ، يحصلون على الطاقة من أكسدة المركبات غير العضوية البسيطة المختزلة ، مثل: الأمونيا (NH ₃) ، ثنائي الهيدروجين (H ₂) ، ثاني أكسيد النيتروجين (NO ₂ ^-) ، كبريتيد الهيدروجين (H ₂ S) ، الكبريت (S) ، ثالث أكسيد الكبريت (S ₂ O ₃ ^-) أو أيون الحديد (Fe ₂ ⁺).

أي ، يتم إنشاء ATP عن طريق الفسفرة المؤكسدة أثناء أكسدة المصدر غير العضوي. لذلك ، فهم يتمتعون بالاكتفاء الذاتي ، ولا يحتاجون إلى كائن حي آخر للبقاء على قيد الحياة.

التغذية الكيميائية

على عكس السابقة ، تحصل هذه على الطاقة من خلال أكسدة الجزيئات العضوية المختزلة المعقدة ، مثل الجلوكوز من خلال تحلل الجلوكوز ، والدهون الثلاثية من خلال أكسدة بيتا والأحماض الأمينية من خلال نزع الأمين التأكسدي. بهذه الطريقة يحصلون على جزيئات ATP.

من ناحية أخرى، يمكن أن الكائنات غيري التغذي الكيميائي عدم استخدام CO ₂ كمصدر الكربون، كما يمكن الكائنات ذاتي التغذي الكيميائي.

أنواع بكتيريا التغذية الكيميائية

بكتيريا الكبريت عديمة اللون

كما يوحي اسمها ، فهي بكتيريا تؤكسد الكبريت أو مشتقاته المختزلة.

هذه البكتيريا الهوائية بدقة وهي المسؤولة عن تحويل كبريتيد الهيدروجين الذي يتم انتاجه في تحلل المواد العضوية، لتحويله إلى كبريتات (SO ₄ ^-2)، وهو مركب في نهاية المطاف سوف يتم استخدامها من قبل النباتات.

تعمل الكبريتات على تحمض التربة إلى درجة حموضة تبلغ حوالي 2 ، نتيجة لتراكم H ⁺ البروتونات ويتكون حمض الكبريتيك.

يتم استخدام هذه الخاصية من قبل قطاعات معينة من الاقتصاد ، وخاصة في الزراعة ، حيث يمكنهم تصحيح التربة القلوية للغاية.

يتم ذلك عن طريق إدخال مسحوق الكبريت في التربة ، بحيث تعمل البكتيريا المتخصصة الموجودة (بكتيريا الكبريت) على أكسدة الكبريت وبالتالي موازنة الرقم الهيدروجيني للتربة إلى قيم مناسبة للزراعة.

جميع الأنواع الكيماوية المؤكسدة للكبريت سالبة الجرام وتنتمي إلى فصيلة Proteobacteria. مثال على البكتيريا التي تؤكسد الكبريت هو Acidithiobacillus thiooxidans.

يمكن لبعض البكتيريا أن تتراكم عنصر الكبريت (S ⁰) غير القابل للذوبان كحبيبات داخل الخلية ، لاستخدامه عند خروج المصادر الخارجية للكبريت.

بكتيريا النيتروجين

في هذه الحالة ، تقوم البكتيريا بأكسدة مركبات النيتروجين المختزلة. هناك نوعان ، البكتيريا الآزوتية والبكتيريا الآزوتية.

الأول قادر على أكسدة الأمونيا (NH3) ، والتي تتولد من تحلل المادة العضوية لتحويلها إلى نيتريت (NO ₂) ، والأخيرة تحول النتريت إلى نترات (NO ₃ ^-) ، وهي مركبات يمكن أن تستخدمها النباتات..

كأمثلة على بكتيريا النتروزوموناس هو جنس Nitrosomonas وكبكتيريا الآزوت هي جنس Nitrobacter.

بكتيريا الحديد

هذه البكتيريا محبة للحمض ، أي أنها تتطلب درجة حموضة حمضية من أجل البقاء ، حيث تتأكسد المركبات الحديدية في درجة الحموضة المحايدة أو القلوية تلقائيًا ، دون الحاجة إلى وجود هذه البكتيريا.

لذلك ، لكي تتمكن هذه البكتيريا من أكسدة مركبات الحديدوز (Fe ²⁺) إلى حديديك (Fe ³⁺) ، يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني للوسط حمضيًا بالضرورة.

وتجدر الإشارة إلى أن البكتيريا الحديد تنفق أكثر من ATP التي تنتج في ردود الفعل نقل الإلكترون العكسي، للحصول على الطاقة اللازمة الحد في تثبيت من CO ₂.

لهذا السبب يجب على هذه البكتيريا أكسدة كميات كبيرة من Fe ⁺² لتكون قادرة على التطور ، لأن القليل من الطاقة يتم إطلاقها من عملية الأكسدة.

مثال: تقوم بكتيريا Acidithiobacillus ferrooxidans بتحويل كربونات الحديد الموجودة في المياه الحمضية التي تتدفق عبر مناجم الفحم إلى أكسيد الحديد.

جميع الأنواع المؤكسدة للحديد الكيميائي سالبة الجرام وتنتمي إلى فصيلة Proteobacteria.

من ناحية أخرى ، فإن جميع الأنواع التي تؤكسد الحديد قادرة أيضًا على أكسدة الكبريت ، ولكن ليس العكس.

بكتيريا الهيدروجين

هذه البكتيريا تستخدم الهيدروجين الجزيئي كمصدر للطاقة لإنتاج المواد العضوية واستخدام CO ₂ كمصدر الكربون. هذه البكتيريا هي كيميائية اختيارية.

توجد بشكل رئيسي في البراكين. يعتبر النيكل عنصرًا أساسيًا في موطنه ، حيث تحتوي جميع إنزيمات الهيدروجين على هذا المركب كعامل مساعد معدني. تفتقر هذه البكتيريا إلى الغشاء الداخلي.

في عملية التمثيل الغذائي ، يتم دمج الهيدروجين في هيدروجيناز في غشاء البلازما ، مما يؤدي إلى نقل البروتونات إلى الخارج.

بهذه الطريقة ، يمر الهيدروجين الخارجي إلى الداخل بصفته هيدروجيناز داخلي ، مما يحول NAD ⁺ إلى NADH ، والذي ينتقل مع ثاني أكسيد الكربون و ATP إلى دورة كالفين.

تستطيع بكتيريا Hydrogenomonas أيضًا استخدام عدد من المركبات العضوية كمصادر للطاقة.

المراجع

1. بريسكوت ، هارلي وكلاين الأحياء الدقيقة الطبعة السابعة. McGraw-Hill Interamericana 2007 ، مدريد.
2. مساهمو ويكيبيديا ، «Chemiotroph» ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة ، en.wikipedia.org
3. جيو إف بروكس ، كارين سي كارول ، جانيت س.بوتيل ، ستيفن إيه مورس ، تيموثي إيه ميتزنر. (2014). علم الأحياء الدقيقة الطبية ، 26 هـ. McGRAW-HILL Interamericana de Editores، SA de CV
4. González M، González N. Manual of Medical Microbiology. الطبعة الثانية ، فنزويلا: إدارة وسائل الإعلام والمنشورات بجامعة كارابوبو ؛ 2011.
5. Jimeno، A. & Ballesteros، M. 2009. علم الأحياء 2. مجموعة Santillana Promoter Group. ردمك 974-84-7918-349-3