ГДЗ: Параграф § 20 / Биология 10 класс

Помимо фотосинтеза, существует хемосинтез — процесс создания органических веществ из неорганических за счёт энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений. Значение хемосинтеза очень велико, поскольку хемосинтезирующие бактерии:

• Участвуют в круговороте веществ (азота, серы, железа) в природе.
• Способствуют повышению плодородия почв (нитрифицирующие бактерии).
• Участвовали в образовании рудных залежей (железобактерии).
• Могут использоваться человеком для получения белка и биологической очистки воды (водородные бактерии).

Основное отличие заключается в источнике энергии для синтеза органических веществ:

• Фотосинтезирующие организмы: Используют энергию солнечного света.
• Хемосинтезирующие организмы: Используют энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ (например, \(\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}\), \(\mathrm{NH}_{3}\), \(\mathrm{Fe}^{2+}\)).

Кроме того, хемосинтетики, как правило, являются прокариотами (бактериями), в то время как фотосинтетики могут быть и прокариотами (цианобактерии), и эукариотами (растения, водоросли).

Фотосинтезирующие организмы получили приоритетное развитие, поскольку солнечный свет является практически неограниченным и легко доступным источником энергии на поверхности Земли. В то же время, хемосинтез зависит от наличия ограниченного запаса неорганических субстратов (\(\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}\), \(\mathrm{NH}_{3}\), \(\mathrm{Fe}^{2+}\)) в определённых местах (почва, дно водоёмов, гидротермальные источники).

Таким образом, использование солнечной энергии сделало фотосинтез более эффективным и распространённым путём синтеза органических веществ, что привело к доминированию фотосинтетиков в биосфере.

• Хемосинтез: Процесс синтеза органического вещества из неорганического (например, \(\mathrm{CO}_{2}\)) за счёт энергии, получаемой в ходе окисления неорганических соединений (\(\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}\), \(\mathrm{NH}_{3}\) и др.), а не за счёт света.
• Хемосинтетики: Автотрофные организмы (в основном бактерии), которые осуществляют хемосинтез.
• Нитрифицирующие бактерии: Группа хемосинтетиков, окисляющих аммиак (\(\mathrm{NH}_{3}\)) до нитритов (\(\mathrm{HNO}_{2}\)) и нитратов (\(\mathrm{HNO}_{3}\)), играя ключевую роль в цикле азота и повышении плодородия почв.
• Железобактерии: Группа хемосинтетиков, окисляющих двухвалентное железо (\(\mathrm{Fe}^{2+}\)) до трёхвалентного (\(\mathrm{Fe}^{3+}\)) и участвовавших в образовании залежей железных руд.

• Первая стадия (окисление аммиака до нитритов):

  \( 2\mathrm{NH}_{3} + 3\mathrm{O}_{2} \to 2\mathrm{HNO}_{2} + 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + \mathrm{E} \)

  На этом этапе аммиак, образованный при гниении органики, окисляется бактериями-нитрозомонасами до азотистой кислоты (нитритов). Выделяется энергия (\(\mathrm{E}\)), которая используется для синтеза органических веществ.

• Вторая стадия (окисление нитритов до нитратов):

  \( 2\mathrm{HNO}_{2} + \mathrm{O}_{2} \to 2\mathrm{HNO}_{3} + \mathrm{E} \)

  На этом этапе бактерии-нитробактеры окисляют образовавшиеся нитриты до азотной кислоты (нитратов). Нитраты являются основной формой азота, усваиваемой растениями из почвы, что делает этот этап критически важным для повышения плодородия почвы.

Сравнение Хемосинтеза и Фотосинтеза

Сходства:

• Оба процесса являются автотрофными, то есть позволяют организмам синтезировать органические вещества из неорганических (\(\mathrm{CO}_{2}\)).
• Конечный продукт — органические вещества (например, углеводы).
• В обоих процессах используется энергия для образования молекул АТФ, которая затем тратится на синтез органики.

Различия:

• Источник энергии: Фотосинтез использует свет, хемосинтез использует энергию окисления неорганических соединений (\(\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}\), \(\mathrm{NH}_{3}\), \(\mathrm{Fe}^{2+}\)).
• Место протекания в клетке (у бактерий): Фотосинтез (у цианобактерий) связан с тилакоидами/ламеллами; хемосинтез связан с мезосомами.
• Распространённость: Фотосинтез — основной источник первичной продукции в биосфере. Хемосинтез локализован в местах с запасами неорганических субстратов.