巖石自養生物
編輯巖石自養生物是一種從礦物(無機)來源的還原化合物的反應中獲取能量的生物體。 兩種類型的自養生物以其能量來源為特征; 光能自養生物從光中獲取能量,而化學自養生物(化能自養生物或化學自養生物)從化學反應中獲取能量。 化能自養生物完全是微生物。 光合自養生物包括大型植物群,例如植物; 這些不具備使用還原化合物的礦物資源作為能源的能力。 大多數化學自養生物屬于細菌域,而一些屬于古細菌域。 巖自養生物細菌在其能量釋放反應中只能使用無機分子作為底物。 lithotroph 一詞來自希臘語 lithos (λ?θο?),意為巖石,trōphos (τροφοσ) 意為消費者; 從字面上看,它可能是巖石的閱讀者。 名稱中的巖石營養部分是指這些生物使用無機元素/化合物作為電子源,而名稱中的自養部分是指它們的碳源是 CO2。 許多巖石自養生物是極端微生物,但這并非普遍如此,有些可以被發現是酸性礦井排水的原因。
巖石自養生物的還原化合物來源極為特殊。 因此,盡管自養生物在使用無機化合物方面表現出多樣性,但一種特定的自養生物將僅使用一種無機分子來獲取能量。 化學無機營養的例子是厭氧氨氧化細菌 (ANAMMOX),它使用氨和亞硝酸鹽產生 N2。 此外,在 2020 年 7 月,研究人員報告稱,在進行了不相關的實驗后,發現了以金屬錳為食的化學自養細菌培養物,并將其命名為 Candidatus Manganitrophus noduliformans 和 Ramlibacter lithotrophicus。
代謝
編輯一些化學無機營養生物使用氧化還原半反應進行新陳代謝,還原電位較低,這意味著與使用有機營養途徑的生物體相比,它們不會收集大量能量。 這導致一些化學無機營養生物,例如亞硝化單胞菌,無法直接還原 NAD+; 因此,這些生物體依靠反向電子傳輸來還原 NAD+ 并形成 NADH 和 H+。
地質過程
編輯巖石自養生物參與許多地質過程,例如母質(基巖)風化形成土壤,以及硫、鉀和其他元素的生物地球化學循環。 未發現的微生物自養微生物菌株的存在是基于其中一些循環的理論,因為需要它們來解釋諸如銨在鐵還原環境中的轉化等現象。 巖石自養生物可能存在于地表深處(已在地球表面以下 3 公里遠的地方發現)、土壤和內生巖群落中。 由于它們負責釋放許多重要的營養物質,并參與土壤的形成,因此自養生物在維持地球上的生命方面發揮著至關重要的作用。 例如,氮循環受氨氧化古細菌、厭氧氨氧化細菌和硝化螺菌屬的完全氨氧化 (COMAMMOX) 細菌的活動影響。
一些環境危害,例如銨 (NH4+)、硫化氫 (H2S) 和溫室氣體甲烷 (CH4),可以通過化學自養生物轉化為對環境危害較小的形式,例如 N2、SO42- 和 CO2。 盡管長期以來人們認為這些生物體需要氧氣來進行這些轉化,但最近的文獻表明這些系統也存在厭氧氧化。
酸性礦山排水
編輯巖石自養微生物群落導致了被稱為酸性礦山排水的現象,其中尾礦堆和裸露巖面中的黃鐵礦利用氧氣進行代謝,產生亞硫酸鹽,當溶解在水中時會形成具有潛在腐蝕性的硫酸 并暴露在空氣中的氧氣中。 酸性礦山排水會極大地改變地下水和溪流的酸度和化學性質,并可能危及動植物種群。 類似于酸性礦山排水的活動,但規模小得多,也存在于自然條件下,例如冰川的巖石床、土壤和距骨,以及深層地下。
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