§11. Хемосинтез

Бұл тақырыптың оқу мақсаты: хемосинтез үдерісін түсіндіру.

Фотосинтездің соңғы өнімдері – нәтижесі қандай?

Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныпқа арналған оқулықтан 23-, 8-сыныптан 4, 5-параграфтарды қайталау керек.

  Автотрофтар – қарапайым бейорганикалық заттардан нәруыздар, майлар мен көмірсуларды (СО2, Н2О және т. б.) өздігінен синтездей алатын ағзалар екені естеріңде болар. Сонымен қатар автотрофтарға фототрофтардан басқа хемосинтездеуші бактериялар немесе хемотрофтар да жатады. Хемосинтез – химиялық реакция барысында бейорганикалық заттардан энергия алу үдерісі. Хемотрофты бактериялар ғана хемосинтезге қабілетті ағзалар болып табылады.
  Хемосинтез – жұмыс барысында бактериялар бейорганикалық заттарды тотықтырып, сонымен бірге энергия бөлетін, энергия есебінен атмосферадағы көмірқышқыл газын көміртек көзі ретінде пайдаланып, меншікті органикалық заттарды синтездейтін үдеріс (10-сурет). Басқа сөзбен айтқанда жер қыртысынан алынатын бейорганикалық заттар хемотрофты бактерияларға «қорек» болып табылады. Сол үшін кейбір ғалымдар хемотрофтарды литотрофтар деп атайды.
  Хемосинтез үдерісін 1887 жылы микробиолог Сергей Николаевич Виноградский (1856–1953) ашты. Кейінірек ол бактериялардағы азот-фиксацияны зерттеді. Ауадағы азотты сіңіріп, оны өсімдіктерге химиялық қолжетімді формаға алмастыру азотфиксация деп аталады. Бұл өте маңызды, себебі азотсыз тірі ағзалардың міндетті құрамбөлігі болып табылатын нәруыздар мен нуклеин қышқылдарының түзілуі мүмкін емес. Барлық гетеротрофтар сияқты біз де өзіндік нәруыздарды тағамның нәруызқұрамбөліктерінен құрамыз. Сондықтан қоректік құндылықтардың маңызды көрсеткіштерінің бірі ондағы алмастырылмайтын аминқышқылдарының молшылығына қызмет етеді. Өсімдіктер азотты топырақтағы құрамында азот бар заттардан алады. Адамдар өнімділікті арттыру мақсатында топырақты азот тыңайтқыштарымен байыта бастады. Бірақ азотфиксациялайтын бактерияларсыз эукариоттарға басқа азот көздерін іздестіруге тура келер еді. Қазіргі кезде ауадан азот сіңіруге қабілетті бірде-бір эукариоттар тобы беймәлім.

 10-сурет. Бактерия жасушасындағы хемосинтез үдерісінің сызбасы

  С. Виноградский азотфиксациялауға қабілетті бактерияларды азотобактериялар (азотобактер) деп атады. Содан бері хемобактериялар атауында олардың қоректік субстраттарының атаулары: күкірт бактериялары, темір бактериялары, азоттандырушы бактериялар және т.б. жиі қолданылады.
  Осындай бір топқа бактериялардың мүлде ұқсас емес штамдары енуі мүмкін. Мысалы, темір бактерияларына биохимиясы және систематикалық орны әртүрлі әрі зиянды, әрі пайдалы түрлер жатады. Сутек пероксидінің жанама өнімі ретінде батпақ кенін түзетін жіптәрізді темір бактериялар бар. Олар суқоймаларды, өнеркәсіп және табиғи су көздерін ластайды. Сульфидті минералдарды ыдыратуға қабілетті бактериялар да темір бактерияларына жатады. Байыту барысында кенді шаймалау үдерісіне қатыстыру үшін осындай бактериялардың штамдарын арнайы өсіреді.
  Қазақстанда басқа да дамыған елдердегідей осындай микроағзалардың селекциясы жүргізіледі. Олардың көмегімен тек темір кендерін ғана емес, марганец кендерін де байытады. Зерттеу нәтижелері – жаңа жоғары өнімді штамдар – Қостанай облысындағы металлургиялық кәсіпорындарда қолданылады. 
  Хемотрофты ағзалардың заттар айналымындағы маңызы өте зор. Олардың көпшілігі басқа тірі ағзалардың бірқатар элементтердің әсіресе азотты сіңіруіне мүмкіндік береді. Сонымен қатар хемотрофтар сапрофиттермен бірге элементтердің жансыз табиғатқа қайтарылуы сияқты күрделі үдеріске қатысады. 
  Эволюциялық тұрғыда хемотрофтар өте ертеде қалыптасты. Олардың көбісіне оттек қажет, сондықтан олар фотосинтетиктерден кейін пайда болды деп болжау қисынға келеді. Дегенмен ғалымдар бүгінгі таңда анаэробты хемотрофты ағзалардың мүлде ерекше тобын – метан түзуші бактерияларды тапты. Олар атмосферадағы СО2-ден (СН4) – метан түзеді. Олар ешқашан оттекті ортада кездеспейді. Олардың мекен ортасы: суқойма түбі (батпақ), тазартқыш ғимараттар, күйіс қайыратын жануарлардың қарны. Метано-бактериялар ауылшаруашылығы өндірісінің қалдықтарынан (қи, басқа да шіритін органикалық заттар) биогаз алу кезінде тиімді өндірушілер ретінде қолданылады. Шамасы хемосинтетиктер – заманауи жағдайларға жақсы бейімделген ертедегі ағзалар тобының бірі болса керек. 
  Ғаламшарымыздағы көптеген экожүйелер энергияны фотосинтез есебінен алады. Хемосинтез – оны алудың ең тиімді әдісі емес, бірақ едәуір сенімді әрі тәуелсіз әдісі. Хемосинтетиктерге бейорганикалық заттардан басқа еш нәрсе керек емес. Хемосинтез көмегімен тек энергия тұтынуға негізделген ерекше табиғи бірлестікке жақында ғана ашылған рифт жүйелері жатады. Олар барлық биосферадан оқшауланған. Мұхит түбіндегі тереңдікте жарық жоқ, жоғары қабаттан түсетін ыдырайтын қалдықтар жеткіліксіз. Бірақ лава төгілу үдерісінде ол жерде хемотрофты бактериялардың бірнеше класына қоректену үшін жарамды химиялық заттардың жоғары концентрациясы қалыптасады. 
  Осы бактериялар бұл бірлестікте тіршілік ететін басқа ағзалар үшін фотосинтетиктер (өсімдіктер мен цианобактериялар) сияқты – құрлық пен мұхиттың қалған басқа табиғи бірлестіктері үшін қорек көзі қызметін атқарады. Рифт бірлестігі ағзаларының эволюциясы мұхиттың жоғары қабаттарында әсіресе құрлықта тіршілік ететін ағзалар эволюциясынан айтарлықтай ерекшеленді. Бұл экожүйелердегі тіршілік буынаяқтылар (шаянтәріздестер) деңгейіне жеткен, бірақ омыртқалылар деңгейіне дейін жетпеді. Сонда да хемосинтез фотосинтез сияқты энергия мөлшерін бере алмайды.

  Хемотрофтар, рифт жүйелері, азотфиксация, азотобактериялар, күкірт бактериялары, темір бактериялары, азоттандырушы бактериялар.

Білу және түсіну:
1. Хемосинтез дегеніміз не?
2. Хемосинтетик-ағзаларды атаңдар.

Қолдану:
1. Хемосинтетик-ағзалардың жағымды және жағымсыз маңызын сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Хемосинтетиктерді не үшін қолданады?

Талдау:
1. Хемосинтез бен фотосинтез арасындағы байланысты талдап, кестені дәптерге сызып алып толтырыңдар.

2. Жер ғаламшарындағы тіршілік үшін хемосинтездеуші бактериялардың қажеттілігін мысалдармен (дүниежүзі немесе Қазақстан) дәлелдеңдер.

Синтез:

1. Неліктен хемосинтез кезінде энергетикалық тиімділік энергия алудың басқа биологиялық әдістері кезіндегіге қарағанда төмен екенін талқылаңдар.
2. Ғаламшарымызда әртүрлі хемосинтездеуші ағзалар қалай, қашан және қандай эволюциялық жағдайларда пайда болуы мүмкін екенін талдаңдар.

Бағалау:
Мынадай пікірлерді талқылаңдар:
1) Егер хемосинтездеуші ағзалар болмаса, биосфера қазіргі биомассаның шамамен 1–10%-ына дейін ғана дамитын еді. Себебі (алғашқы тірі ағзалардың қаңқасынан алынатын азот бөлігін ғана пайдаланып), үнемі азот жетіспеушілігіне ұшырайтын еді; 2) егер биосферадан фототрофтар да, гетеротрофтар да жойылатын болса, хемотрофтардың аман қалу мүмкіндігі бар ма?

×
×

Cart