Door Kevin Beck | Bijgewerkt maart 242022

Alle levende organismen zijn afhankelijk van ATP (adenosinetrifosfaat) om metabolische, synthetische en reproductieve processen aan te drijven. De meesten gebruiken glucose als een gemakkelijk breekbare voedingsstof, maar in extreme omgevingen waar licht afwezig is, heeft het leven alternatieve strategieën ontwikkeld.

Van glucose tot chemosynthese

In goed verlichte ecosystemen vangen fotosynthetische autotrofen zonlicht op om CO₂ om te zetten in koolhydraten, terwijl heterotrofen energie verkrijgen door organisch materiaal te consumeren. Aan de andere kant van het spectrum benutten chemotrofe organismen de energie die vrijkomt bij chemische reacties om CO₂ vast te leggen in organische verbindingen.

Wat zijn autotrofen?

Autotrofen synthetiseren hun eigen voedsel uit anorganische koolstof (meestal CO₂) en een energiebron. Deze groep omvat planten, algen, fytoplankton en talrijke bacteriën en archaea. Ze spelen een cruciale rol in de mondiale biogeochemische cycli.

Chemosynthese definiëren

Chemosynthese is de microbiële bemiddeling van anorganische chemische reacties waarbij energie vrijkomt. In tegenstelling tot fotosynthese is deze niet afhankelijk van licht. De koolstofbron blijft CO₂, terwijl het oxideerbare anorganische substraat waterstofsulfide (H₂S), waterstofgas (H₂) of ammoniak (NH₃) kan zijn, afhankelijk van de omgeving.

De klassieke reactie voor zwaveloxiderende bacteriën is:

CO₂ + O₂ + 4H₂S → CH₂O + 4S + 3H₂O

Hier dient het geproduceerde koolhydraat (CH₂O) als de energiereserve van het organisme, terwijl elementair zwavel en water bijproducten zijn.

Leven rond hydrothermale ventilatieopeningen

Hydrothermale ventilatieopeningen – kloven in de zeebodem die oververhitte, chemisch rijke vloeistoffen uitstoten – creëren niches waar chemosynthetische gemeenschappen floreren. De temperaturen variëren van 5°C tot 100°C (41°F tot 212°F), een ruwe maar energetisch gunstige omgeving voor gespecialiseerde enzymen.

Veel bewoners van de ventilatieopeningen zijn geen ‘bacteriën’ in de strikte zin van het woord, maar archaea, een aparte tak van prokaryoten. Een opmerkelijk voorbeeld is Methanopyrus kandleri , dat gedijt bij een hoog zoutgehalte en een hoge temperatuur, waarbij energie uit H₂ wordt gehaald en methaan (CH₄) wordt geproduceerd.

Deze organismen illustreren hoe het leven anorganische chemie kan benutten om ecosystemen in stand te houden die onafhankelijk zijn van zonlicht en zo de basis vormen van diepzeevoedselwebben.