化能营养生物

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简介

化能营养生物从其周围环境中氧化分子获取能量。其中，化能有机营养生物氧化有机物，而化能无机营养生物氧化无机化合物。化能营养生物间接利用光能，即它们利用ATP储存的能量。它们也分为化能自养和化能异养。

• 化能自养生物通过化学反应获得能量，以合成所有以二氧化碳为起始的有机化合物。

• 它们可以使用无机能源，例如基本硫、分子氢、亚铁、硫化氢和氨。

• 它们大多数生活在深海热液喷口，并充当主要的生态环境生产者。它们可以是细菌、古菌和极端微生物。

• 它们被归类为产甲烷菌、还原菌、硝化菌、硫氧化菌、嗜热酸性菌、厌氧氨氧化菌等。

• 化能异养生物无法固定碳来形成自身的有机化合物。

• 化能异养生物可以通过使用无机电子源（例如化能无机异养生物）和使用有机电子源（例如碳水化合物、蛋白质和脂肪，例如化能有机异养生物）来获得能量。

• 它们可以通过氧化无机化合物来获得能量，并且能够维持不同的生命形式，具体取决于生物体的碳源。

• 它们是最丰富的异养生物，例如细菌、真菌、原生动物等。

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定义：化能营养生物

化能营养生物是通过氧化其周围环境中存在的有机和无机电子给体（例如细菌）来获取能量的生物。它们通过化学合成来分解化合物。化学合成是化能营养生物的主要代谢类别。在其代谢过程中，碳和甲烷通过氢衍生物的氧化转化为有机化合物。

化能营养细菌有助于铁和锰的氧化。

• 氧化铁细菌将亚铁（Fe²⁺）离子转化为铁（Fe³⁺）形式以获取能量。这种能量降低了呼吸链，并通过转发电子传递反应和通过反向转运合成ATP和NADH。它增强了向光性的传统版本。

• 氧化铁细菌主要存在于熔岩床或热液活动区域，那里大部分亚铁集中。由于溶解氧的氧化作用和消耗铁的细菌，海洋中缺乏铁。

• 熔岩床或新形成的火成岩为细菌提供亚铁，并且反应可能由于氧气丰富而在上层海洋中发生。

• 岩石的风化取决于生物和非生物因素，或者可能是某些特殊的酶有助于将FeO带到地表。

• 从热液喷口释放出的溶解铁使细菌能够在其特定的温度生态位中生长，并在深海中共存。

• 它们也为深海生态系统提供了丰富的食物来源。

• 氧化锰细菌将锰（Mn²⁺）形式转化为锰（Mn⁴⁺）形式。

• 尽管锰在地壳中的含量低于铁，但细菌很容易提取它。它比铁多提供两个电子。

• ATP和NADH的合成基于氧化过程中吉布斯自由能变化的量。它也随不同的浓度和pH等而变化。

化能自养细菌

• 化能自养细菌从氧化化合物中获取能量。

• 这些细菌断裂化学键或氧化无机化合物，如氨、硝酸盐、亚硝酸盐和铁（Fe²⁺），并获得能量。

• 它们不使用光能，而是使用储存在ATP中的化学能。

• 然后，这种能量有助于碳同化。

• 基本上，它们断裂键以获取能量。氨/氮、硫和铁细菌是化能自养的。例如-硫杆菌分解硫化氢的键以分离硫酸盐和水含量。它们通过断裂强键在体内产生能量。

• 这些化合物和能量进一步用于细胞的基本功能。

• 它们还有助于回收营养物质，如硫、磷、氢、铁、氮等。

• 例如：亚硝化单胞菌、硝化杆菌、硝化球菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和丝状铁细菌等。

什么是自养化能营养？

• 术语“自养化能营养”解释了化能自养生物不依赖于其他生物体获取食物和营养。它们通过一些生化反应产生自己的食物来获取能量。

• 主要是无机化合物合成各种含碳的有机化合物。

• 最后，细胞的化学反应利用能量来生成二氧化碳。

• 这些碳化合物满足了它们的营养需求。

化能自养生物过程

• 化能自养生物固定二氧化碳以合成自身的食物或有机分子。

• 它们通过氧化无机硫、铁和镁来获取能量。因此，能量有助于它们在这个过程中。

• 由于它们的独立性，它们能够应对和在非常恶劣的环境条件下繁荣，因为它们不需要依赖除二氧化碳以外的其他碳源。

• 它们包括在土壤中固定氮的细菌、在熔岩床中氧化铁的细菌和在热液喷口（深海）中氧化硫的细菌。

结论

化能营养生物是从有机和无机化合物的氧化中获取能量的生物。它们使用化学反应而不是光能。它们有两种类型：化能自养生物和化能异养生物。化能自养生物可以产生自身的有机化合物，但化能异养生物相互依赖以获取能量。它们从储存在ATP中的能量中获取能量。它们还使用无机和有机电子给体元素，如硫、氮、氢、锰、铁等。

常见问题

Q1. 定义极端微生物。

A1. 极端微生物是在极具挑战性的环境条件下（如盐度、最高或最低pH值、温度、辐射等）能够生存的生物。它们是地球上最丰富和主要的生命形式。

Q2. 什么是化学合成？

A2. 1897年，Wilhelm Pfeffer提出了化学合成这个术语，它定义了借助自养作用氧化无机分子。该术语现在已更改为化能无机自养。

Q3. 说明嗜热酸性生物的特征。

A3.

• 它们是极端微生物。

• 既嗜热又嗜酸。

• 在低pH（<2）和高温（>80°C）下生长。

• 存在于温泉、喷气孔环境或被岩石区域覆盖的热火山气体、深海热液喷口或其他地热活动区域。

• 具有需氧或微需氧代谢（古菌）。

• 专性厌氧。

• 通过水平基因转移（古菌和细菌）适应。

Q4. 细菌如何固定土壤中的氮？

A4. 许多植物无法固定自身所需的氮，这对于它们的日常生活至关重要。因此，它们需要土壤中的固氮细菌。氮对于作物生长至关重要。豆科植物在其根部形成根瘤，与固氮细菌形成共生关系。

• 细菌将天然游离氮转化为氨和其他含氮化合物。

• 可用化合物溶解在土壤中，然后被植物吸收。

• 这些豆科植物补充土壤中的氮。