- अवधारणा की उत्पत्ति
- के चरण
- ऑक्सीडेटिव चरण
- बायोसिंथेसिस चरण
- रसायनयुक्त जीव
- बैक्टीरिया को नाइट्रेट करना
- सल्फर और सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
- हाइड्रोजन को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
- लोहे और मैंगनीज को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
- सहजीवी जीव
- प्रकाश संश्लेषण के साथ अंतर
- संदर्भ
Chemosynthesis कुछ जैविक प्रक्रिया स्वपोषी रासायनिक ऊर्जा का शोषण कार्बनिक पदार्थ में अकार्बनिक पदार्थ कन्वर्ट करने के लिए जीवों की एक विशेषता है। यह प्रकाश संश्लेषण से अलग है कि उत्तरार्द्ध सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग करता है।
रसायन विज्ञान में सक्षम जीव आमतौर पर बैक्टीरिया और अन्य सूक्ष्मजीवों जैसे कि आर्किया जैसे प्रोकैरियोट होते हैं, जो प्रतिक्रियाओं से ऊर्जा निकालते हैं जो बहुत छोटे यौगिकों के ऑक्सीकरण को शामिल करते हैं।
रिफतिया पचीप्टिला की तस्वीर, एक रसायन विज्ञान जीव (स्रोत: NOAA ओकेनोस एक्सप्लोरर प्रोग्राम, गैलापागोस रिफ्ट एक्सपेडिशन 2011 विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से)
केमोसिंथेटिक बैक्टीरिया के सबसे आम उदाहरण नाइट्राइजिंग बैक्टीरिया हैं, जो अमोनिया को नाइट्रोजन डाइऑक्साइड, साथ ही सल्फर बैक्टीरिया, सल्फ्यूरिक एसिड, सल्फर और अन्य सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बनाने के लिए ऑक्सीकरण करते हैं।
अवधारणा की उत्पत्ति
माइक्रोबायोलॉजिस्ट सर्गेई विनोग्रैडस्की, 1890 में, रसायन विज्ञान संबंधी प्रक्रियाओं के संभावित अस्तित्व के बारे में बोलने वाले पहले वैज्ञानिक थे, क्योंकि उन्होंने माना कि प्रकाश संश्लेषण के समान एक प्रक्रिया होनी चाहिए जो सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा स्रोत का उपयोग करती है।
हालांकि, "केमोसिंथेसिस" शब्द को 1897 में फेफर द्वारा गढ़ा गया था। विनोग्रैडस्की के सिद्धांत 1977 में गैलापागोस द्वीप समूह के आसपास पनडुब्बी "एल्विन" द्वारा गहरे समुद्र के पानी में किए गए अभियान के दौरान सिद्ध हुए थे।
इस अभियान के दौरान, पनडुब्बी में सवार वैज्ञानिकों ने कुछ जीवाणु पारिस्थितिक तंत्रों की खोज की जो कुछ अकशेरुकीय समुद्री जानवरों के साथ अकार्बनिक पदार्थ और अन्य सहजीवन में मौजूद थे।
वर्तमान में, विभिन्न केमोसाइनेटिक पारिस्थितिकी तंत्र दुनिया भर में जाने जाते हैं, विशेष रूप से समुद्री और समुद्री वातावरण के साथ और कुछ हद तक, स्थलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों के साथ। इन वातावरणों में, रासायनिक रासायनिक सूक्ष्मजीव कार्बनिक पदार्थों के महत्वपूर्ण प्राथमिक उत्पादकों का प्रतिनिधित्व करते हैं।
के चरण
रसायन विज्ञान लगभग हमेशा एरोबिक और एनारोबिक वातावरण के इंटरफेस पर होता है, जहां एनारोबिक अपघटन के अंत उत्पाद और बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन केंद्रित होते हैं।
प्रकाश संश्लेषण की तरह, केमोसिंथेसिस में अच्छी तरह से परिभाषित चरण होते हैं: एक ऑक्सीडेटिव और एक बायोसिंथेटिक। पहला अकार्बनिक यौगिकों का उपयोग करता है और दूसरा कार्बनिक पदार्थों के दौरान उत्पन्न होता है।
ऑक्सीडेटिव चरण
इस पहले चरण के दौरान और माना जाने वाले जीव के प्रकार पर निर्भर करते हुए, विभिन्न प्रकार के कम अकार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण किया जाता है, जैसे अमोनिया, सल्फर और इसके डेरिवेटिव, लोहा, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन आदि के कुछ डेरिवेटिव।
इस चरण में, इन यौगिकों का ऑक्सीकरण एडीपी के फॉस्फोराइलेशन के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा को जारी करता है, एटीपी का गठन, जो जीवों की मुख्य ऊर्जा मुद्राओं में से एक है और इसके अलावा, एनएडीएच अणुओं के रूप में बिजली को कम करने के लिए उत्पन्न होता है।
केमोसिंथेटिक प्रक्रिया की एक ख़ासियत यह है कि उत्पन्न होने वाले एटीपी के किस भाग का उपयोग इलेक्ट्रॉन श्रृंखला के रिवर्स परिवहन को प्रेरित करने के लिए किया जाता है, ताकि एनएडीएच के रूप में कम करने वाले एजेंटों की अधिक मात्रा प्राप्त हो सके।
सारांश में, इस चरण में उपयुक्त इलेक्ट्रॉन दाताओं के ऑक्सीकरण से एटीपी का निर्माण होता है, जिनकी जैविक रूप से उपयोगी ऊर्जा जैवसंश्लेषण चरण में उपयोग की जाती है।
बायोसिंथेसिस चरण
कार्बनिक पदार्थ (कार्बन यौगिक) के जैवसंश्लेषण एटीपी के उच्च-ऊर्जा बांड में निहित ऊर्जा के उपयोग और एनएडीएच अणुओं में संग्रहीत कम करने वाली शक्ति के लिए धन्यवाद होता है।
रसायन विज्ञान का यह दूसरा चरण "समरूप" है जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान होता है, क्योंकि कार्बनिक अणुओं में कार्बन परमाणुओं का निर्धारण होता है।
इसमें, कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) कार्बनिक कार्बन के रूप में तय होता है, जबकि एटीपी को एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट में परिवर्तित किया जाता है।
रसायनयुक्त जीव
विभिन्न प्रकार के केमोसाइनेटिक सूक्ष्मजीव हैं, कुछ वैकल्पिक और अन्य अनिवार्य हैं। इसका मतलब यह है कि कुछ ऊर्जा और कार्बनिक पदार्थों को प्राप्त करने के लिए विशेष रूप से रसायन विज्ञान पर निर्भर करते हैं, और अन्य ऐसा करते हैं यदि पर्यावरण उन्हें स्थिति देता है।
केमोसाइनेटिक सूक्ष्मजीव अन्य सूक्ष्मजीवों से बहुत अलग नहीं हैं, क्योंकि वे इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रक्रियाओं से भी ऊर्जा प्राप्त करते हैं जहां फ्लेविन, क्विनोन और साइटोक्रोम जैसे अणु शामिल होते हैं।
इस ऊर्जा से, वे शर्करा से सेलुलर घटकों को संश्लेषित करने में सक्षम होते हैं जो आंतरिक रूप से कार्बन डाइऑक्साइड के रिडक्टिव आत्मसात के लिए धन्यवाद होते हैं।
कुछ लेखकों का मानना है कि केमोसाइनेटिक जीवों को केमो-ऑर्गन्यूटोटोट्रॉफ़्स और केमो-लिथोआटोटोट्रॉफ़्स में विभाजित किया जा सकता है, यौगिक के प्रकार के अनुसार जहां से वे ऊर्जा निकालते हैं, जो क्रमशः कार्बनिक या अकार्बनिक हो सकते हैं।
जहां तक प्रोकैरियोट्स का सवाल है, ज्यादातर केमोसाइनेटिक जीव ग्राम-नकारात्मक बैक्टीरिया हैं, आमतौर पर जीनस स्यूडोमोनस और अन्य संबंधित। इनमें से हैं:
- नाइट्रेटिंग बैक्टीरिया।
- सल्फर और सल्फर यौगिकों (सल्फर बैक्टीरिया) को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया।
- हाइड्रोजन (हाइड्रोजन बैक्टीरिया) को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया।
- आयरन (आयरन बैक्टीरिया) को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया।
केमोसाइनेटिक सूक्ष्मजीव एक प्रकार की ऊर्जा का उपयोग करते हैं जो बायोस्फीयर सिस्टम में खो जाएगी। ये कई पारिस्थितिक तंत्रों की जैव विविधता और जनसंख्या घनत्व का एक बड़ा हिस्सा हैं जहां कार्बनिक पदार्थ की शुरूआत बहुत सीमित है।
उनका वर्गीकरण उन यौगिकों के साथ करना है जो वे इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में उपयोग करने में सक्षम हैं।
बैक्टीरिया को नाइट्रेट करना
वे 1890 में विनोग्रैडस्की द्वारा खोजे गए थे और कुछ जेनेरा ने अब तक के कुल समुच्चय का वर्णन किया है जो एक ही झिल्ली से घिरे हैं। वे आम तौर पर स्थलीय वातावरण से पृथक होते हैं।
नाइट्रिफिकेशन में अमोनियम (NH4) के नाइट्राइट्स (NO2-) और नाइट्राइट्स (NO2-) से नाइट्रेट्स (NO3-) के ऑक्सीकरण शामिल हैं। इस प्रक्रिया में भाग लेने वाले बैक्टीरिया के दो समूह कार्बन स्रोत के रूप में CO2 का उपयोग करके दोनों प्रकार के यौगिकों का लाभ लेने के लिए अक्सर एक ही निवास स्थान में सह-अस्तित्व में रहते हैं।
सल्फर और सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
ये बैक्टीरिया हैं जो अकार्बनिक सल्फर यौगिकों को ऑक्सीकरण करने और सेल के भीतर सल्फर को विशिष्ट डिब्बों में जमा करने में सक्षम हैं। इस समूह के भीतर कुछ फिलामेंटस और गैर-फिलामेंटस जीवाणुओं को विभिन्न प्रकार के फैक्टीवेट और विस्मृत करने वाले जीवाणुओं का वर्गीकरण किया गया है।
ये जीव सल्फर यौगिकों का उपयोग करने में सक्षम हैं जो अधिकांश जीवों के लिए अत्यधिक विषाक्त हैं।
इस प्रकार के बैक्टीरिया द्वारा सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला यौगिक एच 2 एस गैस (सल्फ्यूरिक एसिड) है। हालांकि, वे तत्व दाता के रूप में मौलिक सल्फर, थायोसल्फेट्स, पॉलीथियोनेट्स, धातु सल्फाइड्स और अन्य अणुओं का भी उपयोग कर सकते हैं।
इन जीवाणुओं में से कुछ को अम्लीय पीएच विकसित करने की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि उन्हें एसिडोफिलिक बैक्टीरिया के रूप में जाना जाता है, जबकि अन्य "सामान्य" के करीब तटस्थ पीएच में ऐसा कर सकते हैं।
इनमें से कई बैक्टीरिया विभिन्न प्रकार के वातावरण में "बेड" या बायोफिल्म बना सकते हैं, लेकिन विशेष रूप से खनन उद्योग की नालियों, सल्फरस हॉट स्प्रिंग्स और समुद्र तलछट में।
उन्हें आमतौर पर बेरंग बैक्टीरिया कहा जाता है, क्योंकि वे अन्य हरे और बैंगनी बैक्टीरिया से अलग होते हैं जो फोटोटोट्रॉफ़िक होते हैं कि उनमें किसी भी प्रकार के वर्णक नहीं होते हैं, और उन्हें सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती है।
हाइड्रोजन को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
इस समूह में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से भरपूर वायुमंडल के साथ खनिज मीडिया में बढ़ने में सक्षम बैक्टीरिया हैं और जिनके एकमात्र कार्बन स्रोत कार्बन डाइऑक्साइड है।
ग्राम नकारात्मक और ग्राम पॉजिटिव दोनों प्रकार के बैक्टीरिया यहां पाए जाते हैं, जो हेटरोट्रॉफिक स्थितियों में बढ़ने में सक्षम होते हैं और जिनमें विभिन्न प्रकार के चयापचय हो सकते हैं।
हाइड्रोजन कार्बनिक अणुओं के अवायवीय टूटने से जमा होता है, जो विभिन्न किण्वक बैक्टीरिया द्वारा प्राप्त किया जाता है। यह तत्व बैक्टीरिया और केमोसाइनेटिक आर्किया का एक महत्वपूर्ण स्रोत है।
एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में इसका उपयोग करने में सक्षम सूक्ष्मजीव अपने झिल्ली के साथ जुड़े एक हाइड्रोजनी एंजाइम की उपस्थिति के साथ-साथ एक इलेक्ट्रॉनिक स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन की उपस्थिति के लिए धन्यवाद करते हैं।
लोहे और मैंगनीज को ऑक्सीकरण करने में सक्षम बैक्टीरिया
बैक्टीरिया का यह समूह अपने फेरिक अवस्था में मैंगनीज या लोहे के ऑक्सीकरण से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम है। इसमें अकार्बनिक हाइड्रोजन दाताओं के रूप में थियोसल्फ़ेट्स की उपस्थिति में बढ़ने में सक्षम बैक्टीरिया भी शामिल हैं।
पारिस्थितिक दृष्टिकोण से, लौह और मैग्नीशियम ऑक्सीकरण बैक्टीरिया पर्यावरण के विषहरण के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे भंग विषाक्त धातुओं की एकाग्रता को कम करते हैं।
सहजीवी जीव
मुक्त रहने वाले जीवाणुओं के अलावा, कुछ अकशेरुकी जानवर भी हैं जो जीवित वातावरण में रहते हैं और जीवित रहने के लिए कुछ विशेष प्रकार के कीमोसीनेटिक बैक्टीरिया के साथ जुड़ते हैं।
पहले सिम्बियंट्स की खोज एक विशालकाय ट्यूब कृमि, रिफ्टिया पचीप्टिला के अध्ययन के बाद हुई, इसमें एक पाचन नली का अभाव और बैक्टीरिया द्वारा की गई प्रतिक्रियाओं से महत्वपूर्ण ऊर्जा प्राप्त करना होता है जिसके साथ यह जुड़ा हुआ है।
प्रकाश संश्लेषण के साथ अंतर
रसायन विज्ञान के जीवों की सबसे विशिष्ट विशेषता यह है कि वे ऊर्जा प्राप्त करने और शक्ति को कम करने के लिए अकार्बनिक यौगिकों का उपयोग करने की क्षमता के साथ-साथ कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं को प्रभावी ढंग से बांधने की क्षमता को जोड़ती हैं। सूर्य के प्रकाश की कुल अनुपस्थिति में कुछ हो सकता है।
प्रकाश संश्लेषण पौधों, शैवाल और कुछ प्रकार के बैक्टीरिया और प्रोटोजोआ द्वारा किया जाता है। यह एटीपी और एनएडीएच के उत्पादन के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड और पानी (फोटोलिसिस) के परिवर्तन को ऑक्सीजन और कार्बोहाइड्रेट में बदलने के लिए सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग करता है।
दूसरी ओर, रसायन विज्ञान कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं को ठीक करने के लिए ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाओं से जारी रासायनिक ऊर्जा का शोषण करता है और एटीपी के रूप में ऊर्जा प्राप्त करने और शक्ति को कम करने के लिए शर्करा और पानी का उत्पादन करता है।
प्रकाश संश्लेषण के विपरीत, रसायन विज्ञान में, कोई रंजक शामिल नहीं हैं और ऑक्सीजन उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न नहीं होता है।
संदर्भ
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