化能營養生物

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簡介

化能營養生物從其周圍環境中氧化分子獲取能量。其中，化能有機營養生物氧化有機物，而化能無機營養生物氧化無機化合物。化能營養生物間接利用光能，即它們利用ATP儲存的能量。它們也分為化能自養和化能異養。

• 化能自養生物透過化學反應獲得能量，以合成所有以二氧化碳為起始的有機化合物。

• 它們可以使用無機能源，例如基本硫、分子氫、亞鐵、硫化氫和氨。

• 它們大多數生活在深海熱液噴口，並充當主要的生態環境生產者。它們可以是細菌、古菌和極端微生物。

• 它們被歸類為產甲烷菌、還原菌、硝化菌、硫氧化菌、嗜熱酸性菌、厭氧氨氧化菌等。

• 化能異養生物無法固定碳來形成自身的有機化合物。

• 化能異養生物可以透過使用無機電子源（例如化能無機異養生物）和使用有機電子源（例如碳水化合物、蛋白質和脂肪，例如化能有機異養生物）來獲得能量。

• 它們可以透過氧化無機化合物來獲得能量，並且能夠維持不同的生命形式，具體取決於生物體的碳源。

• 它們是最豐富的異養生物，例如細菌、真菌、原生動物等。

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定義：化能營養生物

化能營養生物是透過氧化其周圍環境中存在的有機和無機電子給體（例如細菌）來獲取能量的生物。它們透過化學合成來分解化合物。化學合成是化能營養生物的主要代謝類別。在其代謝過程中，碳和甲烷透過氫衍生物的氧化轉化為有機化合物。

化能營養細菌有助於鐵和錳的氧化。

• 氧化鐵細菌將亞鐵（Fe²⁺）離子轉化為鐵（Fe³⁺）形式以獲取能量。這種能量降低了呼吸鏈，並透過轉發電子傳遞反應和透過反向轉運合成ATP和NADH。它增強了向光性的傳統版本。

• 氧化鐵細菌主要存在於熔岩床或熱液活動區域，那裡大部分亞鐵集中。由於溶解氧的氧化作用和消耗鐵的細菌，海洋中缺乏鐵。

• 熔岩床或新形成的火成岩為細菌提供亞鐵，並且反應可能由於氧氣豐富而在上層海洋中發生。

• 岩石的風化取決於生物和非生物因素，或者可能是某些特殊的酶有助於將FeO帶到地表。

• 從熱液噴口釋放出的溶解鐵使細菌能夠在其特定的溫度生態位中生長，並在深海中共存。

• 它們也為深海生態系統提供了豐富的食物來源。

• 氧化錳細菌將錳（Mn²⁺）形式轉化為錳（Mn⁴⁺）形式。

• 儘管錳在地殼中的含量低於鐵，但細菌很容易提取它。它比鐵多提供兩個電子。

• ATP和NADH的合成基於氧化過程中吉布斯自由能變化的量。它也隨不同的濃度和pH等而變化。

化能自養細菌

• 化能自養細菌從氧化化合物中獲取能量。

• 這些細菌斷裂化學鍵或氧化無機化合物，如氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽和鐵（Fe²⁺），並獲得能量。

• 它們不使用光能，而是使用儲存在ATP中的化學能。

• 然後，這種能量有助於碳同化。

• 基本上，它們斷裂鍵以獲取能量。氨/氮、硫和鐵細菌是化能自養的。例如-硫桿菌分解硫化氫的鍵以分離硫酸鹽和水含量。它們透過斷裂強鍵在體內產生能量。

• 這些化合物和能量進一步用於細胞的基本功能。

• 它們還有助於回收營養物質，如硫、磷、氫、鐵、氮等。

• 例如：亞硝化單胞菌、硝化桿菌、硝化球菌、氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌和絲狀鐵細菌等。

什麼是自養化能營養？

• 術語“自養化能營養”解釋了化能自養生物不依賴於其他生物體獲取食物和營養。它們透過一些生化反應產生自己的食物來獲取能量。

• 主要是無機化合物合成各種含碳的有機化合物。

• 最後，細胞的化學反應利用能量來生成二氧化碳。

• 這些碳化合物滿足了它們的營養需求。

化能自養生物過程

• 化能自養生物固定二氧化碳以合成自身的食物或有機分子。

• 它們透過氧化無機硫、鐵和鎂來獲取能量。因此，能量有助於它們在這個過程中。

• 由於它們的獨立性，它們能夠應對和在非常惡劣的環境條件下繁榮，因為它們不需要依賴除二氧化碳以外的其他碳源。

• 它們包括在土壤中固定氮的細菌、在熔岩床中氧化鐵的細菌和在熱液噴口（深海）中氧化硫的細菌。

結論

化能營養生物是從有機和無機化合物的氧化中獲取能量的生物。它們使用化學反應而不是光能。它們有兩種型別：化能自養生物和化能異養生物。化能自養生物可以產生自身的有機化合物，但化能異養生物相互依賴以獲取能量。它們從儲存在ATP中的能量中獲取能量。它們還使用無機和有機電子給體元素，如硫、氮、氫、錳、鐵等。

常見問題

Q1. 定義極端微生物。

A1. 極端微生物是在極具挑戰性的環境條件下（如鹽度、最高或最低pH值、溫度、輻射等）能夠生存的生物。它們是地球上最豐富和主要的生命形式。

Q2. 什麼是化學合成？

A2. 1897年，Wilhelm Pfeffer提出了化學合成這個術語，它定義了藉助自養作用氧化無機分子。該術語現在已更改為化能無機自養。

Q3. 說明嗜熱酸性生物的特徵。

A3.

• 它們是極端微生物。

• 既嗜熱又嗜酸。

• 在低pH（<2）和高溫（>80°C）下生長。

• 存在於溫泉、噴氣孔環境或被岩石區域覆蓋的熱火山氣體、深海熱液噴口或其他地熱活動區域。

• 具有需氧或微需氧代謝（古菌）。

• 專性厭氧。

• 透過水平基因轉移（古菌和細菌）適應。

Q4. 細菌如何固定土壤中的氮？

A4. 許多植物無法固定自身所需的氮，這對於它們的日常生活至關重要。因此，它們需要土壤中的固氮細菌。氮對於作物生長至關重要。豆科植物在其根部形成根瘤，與固氮細菌形成共生關係。

• 細菌將天然遊離氮轉化為氨和其他含氮化合物。

• 可用化合物溶解在土壤中，然後被植物吸收。

• 這些豆科植物補充土壤中的氮。