Sinh vật hóa dưỡng

Sinh vật hóa dưỡng là những sinh vật hấp thu năng lượng bằng cách oxy hóa khử các chất nhường electron trong môi trường. Những phân tử này có thể là hợp chất hữu cơ (sinh vật hóa hữu cơ dưỡng) hoặc hợp chất vô cơ (sinh vật hóa vô cơ dưỡng). Thiết kế của sinh vật hóa dưỡng thì ngược lại so với sinh vật quang dưỡng, loài sử dụng năng lượng mặt trời. Sinh vật hóa dưỡng có thể là sinh vật tự dưỡng hoặc sinh vật dị dưỡng. Sinh vật hóa dưỡng thường được tìm thấy dưới đáy biển nơi ánh sáng mặt trời không thể chạm tới bởi vì chúng không phụ thuộc vào năng lượng mặt trời. Đáy biển thường có các núi lửa dưới biển có thể cung cấp nhiệt thay cho ánh sáng mặt trời.
Lịch sử.
Ban đầu được sử dụng với ý nghĩa khác, thuật ngữ này mang ý nghĩa hiện tại theo cách sử dụng của Lwoff và các cộng sự (1946).
Sinh vật hóa tự dưỡng.
Sinh vật hóa tự dưỡng (Chemoautotroph - "Greek": Chemo (χημία) = hóa, auto (αὐτός) = tự, troph (τροφιά) = dưỡng), vừa có thể hấp thu năng lượng từ các phản ứng hóa học, vừa có thể tổng hợp tất cả những hợp chất hữu cơ cần thiết từ Cacbon dioxide. Sinh vật hóa tự dưỡng sử dụng các nguồn năng lượng vô cơ, ví dụ như Hydro sulfide, lưu huỳnh nguyên tố, sắt(II) oxit và cả hydro nguyên tố và amonia. Hầu hết là vi khuẩn hoặc động vật nguyên sinh sống tại những môi trường không thân thiện như các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển và là những sinh vật sản xuất sơ cấp trong những hệ sinh thái đó. Sinh vật hóa tự dưỡng nhìn chung thuộc về một số nhóm: cổ khuẩn sinh metan, thực vật ưa mặn, chất oxy hóa lưu huỳnh và chất khử lưu huỳnh, chất nitrat hóa, vi khuẩn anammox và sinh vật ưa nhiệt. Một ví dụ về những sinh vật chưa có nhân điển hình này là Sulfolobus. Sự phát triển của sinh vật hóa di dưỡng có thể cực nhanh, ví dụ như "Thiomicrospira crunogena" với tốc độ nhân đôi khoảng một tiếng đồng hồ.
Thuật ngữ "hóa tổng hợp", được đặt ra vào năm 1897 bởi Wilhelm Pfeffer, ban đầu được định nghĩa là sự sản xuất năng lượng bằng cách oxy hóa các chất vô cơ trong mối liên hệ với tính tự dưỡng – thứ mà ngày nay hẳn sẽ được gọi là hóa vô cơ tự dưỡng. Về sau, thuật ngữ này bao gồm cả hóa hữu cơ tự dưỡng, như vậy nó có thể được coi là từ đồng nghĩa với hóa tự dưỡng.
Sinh vật hóa dị dưỡng.
Sinh vật hóa dị dưỡng (Chemoheterotroph - "Gr": Chemo (χημία) = hóa, hetero (ἕτερος) = dị, troph (τροφιά) = dưỡng) không có khả năng cố định cacbon để tạo nên hợp chất hữu cơ riêng cho chúng. Sinh vật hóa dị dưỡng có thể là sinh vật hóa vô cơ dị dưỡng, sử dụng các nguồn năng lượng vô cơ như lưu huỳnh; hoặc là sinh vật hóa hữu cơ dị dưỡng, sử dụng các nguồn năng lượng hữu cơ như cacbohydrat, lipid và protein. Một số loài sinh vật hóa dị dưỡng khác bao gồm con người, nấm và vi khuẩn vô cơ dưỡng.
Vi khuẩn oxy hóa sắt và mangan.
Dưới biển sâu, các vi khuẩn oxy hóa sắt hấp thu năng lượng chúng cần bằng cách oxy hóa sắt(II) thành sắt(III). Electron thêm đạt được từ phản ứng này sẽ cung cấp lực cho tế bào, thay thế hoặc bổ sung cho quá trình quang dưỡng truyền thống.
Vi khuẩn oxy hóa mangan cũng sử dụng đá nham thạch phun trào gần như theo cách tương tự; bằng cách oxy hóa Mn2+ thành Mn4+.Mangan hiếm hơn sắt nhiều trong lớp vỏ đại dương, nhưng các vi khuẩn có thể chiết xuất chúng dễ dàng hơn nhiều từ thủy tinh mácma. Thêm nữa, mỗi lần oxy hóa mangan sản sinh ra gần như gấp đôi năng lượng so với một lần oxy hóa sắt do thu được gấp đôi lượng electron. Vẫn còn có nhiều điều chưa biết về các vi khuẩn oxy hóa mangan bởi vì chúng chưa được nuôi cấy và ghi chép trên diện rộng.
Tham khảo.
1. Katrina Edwards. "Microbiology of a Sediment Pond and the Underlying Young, Cold,
Hydrologically Active Ridge Flank". Woods Hole Oceanographic Institution.
2. Coupled Photochemical and Enzymatic Mn(II) Oxidation Pathways of a Planktonic Roseobacter-Like Bacterium 
Colleen M. Hansel and Chris A. Francis* 
Department of Geological and Environmental Sciences, Stanford University, Stanford, California 94305-2115 
Received ngày 28 tháng 9 năm 2005/ Accepted ngày 17 tháng 2 năm 2006