Литотрофы, литотрофные микроорганизмы

Литотрофы — это организмы, использующие неорганические вещества в качестве окисляемых субстратов (доноров электронов). Их разделяют на две основные группы: фотолитотрофы и хемолитотрофы.

Фотолитотрофы используют энергию света, но в качестве донора электронов (водорода) применяют неорганические соединения:

  • Молекулярный водород.
  • Соединения серы (например, сероводород) — так питаются пурпурные и зелёные серные бактерии, а также некоторые цианобактерии.
  • Воду — этот путь характерен для цианобактерий и водорослей.

Хемолитотрофы получают энергию за счёт окисления неорганического субстрата. В качестве конечного акцептора электронов они обычно используют молекулярный кислород. К этой группе относятся бактерии, окисляющие:

В анаэробных (бескислородных) условиях роль конечного акцептора электронов могут выполнять другие соединения:

  • Нитрат, нитрит и оксиды азота (денитрифицирующие бактерии).
  • Сера или сульфат (сульфатредуцирующие бактерии).
  • Углекислота (метаногенные и ацетогенные археи и бактерии), а также некоторые другие вещества.

Литотрофы играют ключевую роль в биосфере:

  • Являются продуцентами органического вещества, особенно в экстремальных и лишённых света средах.
  • Замыкают биогеохимические циклы основных элементов (серы, азота, углерода), преобразуя неорганические формы в доступные для других организмов.
  • Имеют огромное геологическое значение: участвуют в выщелачивании металлов из горных пород, формировании осадочных месторождений (например, серы) и влияют на коррозию материалов.

Современный контекст

Современная микробиология и геобиология значительно расширили понимание роли литотрофов. Обнаружены новые группы микроорганизмов, способных окислять ранее неизвестные субстраты, например, соединения мышьяка или редкоземельные элементы. Исследования глубоководных гидротермальных источников («чёрных курильщиков») и глубоких слоёв земной коры (глубинная биосфера) показали, что сообщества литотрофов, существующие за счёт хемосинтеза, являются основой целых экосистем, независимых от солнечной энергии. Это меняет представления о возможностях жизни на Земле и других планетах. Кроме того, литотрофы активно изучаются в контексте биоремедиации (очистки загрязнённых сред) и биодобычи (извлечения металлов из руд с помощью микроорганизмов).