化学合成独立栄養生物：無機化学物質からバイオマスをつくる生物

代謝と特徴

化学合成独立栄養の中心には、無機電子供与体を、ATPと還元力（たとえばNADHや還元型フェレドキシン）を生み出す電子伝達系に結び付ける過程がある。得られた化学エネルギーは、カルビン回路などの経路、あるいはほかの独立栄養的炭素固定経路を通じて、CO2を有機炭素へ固定するために使われる。一般的な電子供与体にはH2S、NH3、Fe2+、H2があり、一般的な電子受容体にはO2、硝酸塩、硫酸塩がある。基本概念については、化学エネルギー源および独立栄養的炭素固定を参照。

生息地と生態学的役割

化学合成独立栄養生物は、無機基質が豊富である一方、太陽光がない、または安定して得られない環境に多く見られる。これには深海の熱水噴出孔、冷湧水域、硫化物に富む湧水、酸性鉱山排水の地点、地下の岩石内などが含まれる。このような生態系では食物網の基盤を成し、多様な無脊椎動物群集や、より大型の生物を直接的に、または共生を介して支える。多くの海洋動物は化学合成独立栄養性の共生生物を宿し、共生生物はCO2から有機化合物を生産することで宿主に栄養を供給する。追加の資料と概説は専門的な要約で利用できる。

例と重要性

• 硝化細菌：アンモニアまたは亜硝酸塩を酸化し、窒素循環の一部を担う。
• 硫黄酸化細菌：硫化水素を硫酸塩へ変換し、熱水噴出孔や硫黄泉の周辺に多い。
• 鉄酸化細菌：Fe2+をFe3+へ酸化し、鉱物の形成と水の化学的性質に影響を与える。

これらの代謝活動は地球規模で重要である。窒素・硫黄・鉄の循環に関与し、水や土壌の化学的性質に影響を及ぼすとともに、そうでなければ一次生産を欠く生態系を支えている。平易な教育資料については、入門資料を参照。

歴史と発見

生物が無機化学反応からエネルギーを得られるという考え方は、硝化細菌と硫黄細菌の研究を通じて、19世紀後半から20世紀初頭にかけて生まれた。初期の微生物学者は、特定の微生物が有機物の栄養源や光を必要とせず、無機基質を利用して生育できることを示した。これにより、化学合成独立栄養は基本的な代謝戦略として確立された。その後、分子学的手法と地球化学的手法の発展により、化学合成独立栄養生物の多様性と環境中での分布に関する知識は拡大している。

区別と注目すべき事実

化学合成独立栄養生物は、化学物質を酸化するが有機炭素を必要とする化学従属栄養生物、および光をエネルギー源とする光独立栄養生物とは異なる。多くは、高温、高圧、強い酸性、または高塩分に適応した極限環境生物である。その研究は、宇宙生物学、生物地球化学、バイオテクノロジーなど幅広い分野に情報をもたらす。さらに技術的な参考文献やデータセットは、研究ポータルから探すことができる。