Bakteria ya zambarau ni nini? Viumbe vidogo hivi vina rangi ya bacteriochlorophyll a au b pamoja na carotenoids mbalimbali ambazo huwapa rangi kuanzia zambarau, nyekundu, kahawia na machungwa. Hili ni kundi tofauti kabisa. Wanaweza kugawanywa katika vikundi viwili: bakteria ya sulfuri ya zambarau na bakteria rahisi ya zambarau (Rhodospirillaceae). Karatasi ya Utafiti wa Nishati ya 2018 Frontiers in Energy ilipendekeza kuzitumia kama rasilimali za kibayolojia.
Biolojia
Bakteria za rangi ya zambarau mara nyingi ni photoautotrophic, lakini spishi za chemoautotrophic na photoheterotropic pia zinajulikana. Huenda zikawa mchanganyiko wa mchanganyiko unaoweza kupumua kwa aerobiki na kuchacha.
Photosynthesis ya bakteria ya rangi ya zambarau hutokea katika vituo vya athari kwenye utando wa seli ambapo rangi za usanisinuru (yaani bacteriochlorophyll, carotenoids) na protini zinazofunga rangi huletwa ndani ya uvamizi ili kuunda vesicles, mirija, au lamela ya jozi moja au iliyorundikwa. karatasi. Hii inaitwa utando wa intracytoplasmic (ICM), ambao umepanuliwaeneo la uso ili kuongeza ufyonzaji wa mwanga.
Fizikia na kemia
Bakteria ya zambarau hutumia uhamishaji wa elektroni mzunguko unaosababishwa na mfululizo wa miitikio ya redoksi. Nguzo za uvunaji nyepesi zinazozunguka kituo cha athari (RC) hukusanya fotoni kwa njia ya nishati ya resonant, kunasa rangi ya klorofili ya P870 au P960 iliyo katika RC. Mzunguko wa elektroni zenye msisimko kutoka P870 hadi kwinoni QA na QB, kisha uende kwenye saitokromu bc1, saitokromu c2 na kurudi kwenye P870. Kwinoni iliyopunguzwa QB huvutia protoni mbili za saitoplazimu na kuwa QH2, hatimaye kuwa iliyooksidishwa na kutoa protoni za kusukumwa kwenye periplasmi na saitokromu bc1 changamano. Ugawaji wa malipo unaotokana kati ya saitoplazimu na periplasmi hutengeneza nguvu ya kuendesha protoni inayotumiwa na synthase ya ATP kutoa nishati ya ATP.
Bakteria ya zambarau pia huhamisha elektroni kutoka kwa wafadhili wa nje moja kwa moja hadi kwenye saitokromu bc1 ili kuzalisha NADH au NADPH inayotumika kwa anabolism. Ni fuwele moja kwa sababu hazitumii maji kama mtoaji wa elektroni kutoa oksijeni. Aina moja ya bakteria ya zambarau, inayoitwa bakteria ya salfa ya zambarau (PSB), hutumia sulfidi au salfa kama wafadhili wa elektroni. Aina nyingine, inayoitwa bakteria zisizo za salfa za zambarau, kwa kawaida hutumia hidrojeni kama mtoaji elektroni, lakini pia inaweza kutumia sulfidi au misombo ya kikaboni katika viwango vya chini ikilinganishwa na PSB.
Bakteria ya Violethakuna vibebaji vya kutosha vya elektroni vya nje ili kupunguza kwa hiari NAD(P)+ hadi NAD(P)H, kwa hivyo ni lazima watumie kwinoni zao zilizopunguzwa ili kupunguza NAD(P)+ kwa ushupavu. Mchakato huu unaendeshwa na nguvu inayoendesha ya protoni na inaitwa mtiririko wa nyuma wa elektroni.
Sulfuri badala ya oksijeni
Bakteria za rangi ya zambarau zisizo za salfa walikuwa bakteria wa kwanza kupatikana wakiwa na usanisinuru bila oksijeni kama zao la ziada. Badala yake, bidhaa zao za ziada ni sulfuri. Hii ilithibitishwa wakati athari za bakteria kwa viwango tofauti vya oksijeni zilianzishwa kwanza. Bakteria wamepatikana kwa haraka kuondoka kutoka kwa athari kidogo ya oksijeni. Kisha walifanya majaribio ambapo walitumia sahani ya bakteria, na mwanga ulizingatia sehemu yake, na nyingine ikaachwa gizani. Kwa sababu bakteria hawawezi kuishi bila mwanga, huhamia kwenye mzunguko wa mwanga. Ikiwa mazao ya ziada ya maisha yao yangekuwa oksijeni, umbali kati ya watu binafsi ungekuwa mkubwa kadri kiasi cha oksijeni kinavyoongezeka. Lakini kutokana na tabia ya bakteria ya rangi ya zambarau na kijani katika mwanga uliokolezwa, ilihitimishwa kuwa mazao yatokanayo na usanisinuru ya bakteria hayangeweza kuwa oksijeni.
Watafiti wamependekeza kuwa baadhi ya bakteria za rangi ya zambarau leo wanahusishwa na mitochondria, bakteria wanaofanana katika seli za mimea na wanyama wanaofanya kazi kama oganelles. Ulinganisho wa muundo wao wa protini unaonyesha kuwa kuna babu wa kawaida wa miundo hii. Bakteria ya kijani kibichi na heliobacteria pia wana muundo sawa.
Bakteria ya salfa (bakteria ya salfa)
Bakteria ya salfa ya zambarau (PSB) ni sehemu ya kundi la Proteobacteria linaloweza kufanya usanisinuru, kwa pamoja hujulikana kama bakteria wa zambarau. Wao ni anaerobic au microaerophilic na mara nyingi hupatikana katika mazingira ya majini ya tabaka, ikiwa ni pamoja na chemchemi ya maji moto, madimbwi yaliyotuama, na mikusanyiko ya vijidudu katika maeneo ya maji ya juu. Tofauti na mimea, mwani, na cyanobacteria, bakteria ya salfa ya zambarau haitumii maji kama wakala wa kupunguza na kwa hivyo haitoi oksijeni. Badala yake, wanaweza kutumia salfa katika mfumo wa sulfidi au thiosulfate (na baadhi ya spishi pia zinaweza kutumia H2, Fe2+ au NO2-) kama mtoaji wa elektroni katika njia zao za usanisinuru. Sulfuri hutiwa oksidi ili kutoa chembechembe za sulfuri. Hii, kwa upande wake, inaweza kuoksidishwa kuunda asidi ya sulfuriki.
Ainisho
Kundi la bakteria za zambarau limegawanywa katika familia mbili: Chromatiaceae na Ectothiorhodospiraceae, ambayo hutoa chembechembe za sulfuri za ndani na nje mtawalia na kuonyesha tofauti katika muundo wa utando wao wa ndani. Wao ni sehemu ya mpangilio wa Chromatiales, iliyojumuishwa katika mgawanyiko wa gamma Proteobacteria. Jenasi ya Halothiobacillus pia imejumuishwa katika Chromatiales katika familia yake yenyewe, lakini si photosynthetic.
Makazi
Bakteria ya salfa ya zambarau kwa kawaida hupatikana katika maeneo yenye anoksia ya maziwa na makazi mengine ya majini ambapo sulfidi hidrojeni hujilimbikiza,na pia katika "chemchemi za salfa" ambapo salfidi hidrojeni inayozalishwa kijiografia au kibayolojia inaweza kusababisha bakteria ya salfa ya zambarau kuchanua. Photosynthesis inahitaji hali ya anoxic; bakteria hawa hawawezi kustawi katika mazingira yenye oksijeni.
Maziwa ya Meromictic (yaliyotawanyika kabisa) ndiyo yanayofaa zaidi kwa ukuzaji wa bakteria ya salfa ya zambarau. Wanatabaka kwa sababu wana maji mazito (kawaida ya kisaikolojia) chini na chini ya mnene (kawaida maji safi) karibu na uso. Ukuaji wa bakteria wa salfa ya zambarau pia unasaidiwa na kuweka tabaka katika maziwa ya holomictic. Wao ni tabaka la joto: wakati wa chemchemi na majira ya joto, maji ya uso huwaka, na kufanya maji ya juu kuwa chini ya chini kuliko ya chini, ambayo hutoa utabaka wa kutosha kwa ukuaji wa bakteria ya sulfuri ya zambarau. Iwapo salfati ya kutosha ipo kuhimili salfa, salfidi inayoundwa kwenye mchanga husambaa kwenda juu hadi kwenye maji ya chini yenye aksiksi ambapo bakteria ya salfa ya zambarau wanaweza kutengeneza seli nzito.
Vikundi
Bakteria ya salfa ya zambarau pia inaweza kupatikana na ni sehemu muhimu katika mijumuisho ya kati ya vijidudu. Nguzo kama vile zulia ndogo la Sippewissett zina mazingira yanayobadilika kutokana na mtiririko wa mawimbi na maji safi yanayoingia, hivyo kusababisha mazingira ya tabaka sawa kama maziwa ya meromictic. Ukuaji wa bakteria ya sulfuri ya zambarauhuwashwa kama salfa hutolewa kwa sababu ya kifo na mtengano wa vijidudu vilivyo juu yao. Uwekaji tabaka na chanzo cha salfa huruhusu PSB kukua katika mabonde haya ya maji ambapo mikusanyiko hutokea. PSB inaweza kusaidia kuleta utulivu wa mashapo ya vijidudu kupitia utolewaji wa dutu za polimeri za ziada ambazo zinaweza kuunganisha mashapo kwenye mabonde ya maji.
Ikolojia
Bakteria ya salfa ya zambarau wanaweza kuathiri mazingira kwa kukuza mzunguko wa virutubisho, kwa kutumia kimetaboliki yao kubadilisha mazingira. Wanaweza kuwa na jukumu kubwa katika uzalishaji wa kimsingi kwa kuathiri mzunguko wa kaboni kupitia urekebishaji wa kaboni. Bakteria ya salfa ya zambarau pia huchangia katika utengenezaji wa fosforasi katika makazi yao. Kupitia shughuli muhimu ya viumbe hivi, fosforasi, ambayo hupunguza virutubisho katika safu ya oksidi ya maziwa, inasindika na kutolewa kwa bakteria ya heterotrophic kwa matumizi. Hii inaonyesha kwamba ingawa bakteria ya salfa ya zambarau hupatikana katika tabaka la anoksiki la makazi yao, wanaweza kuchochea ukuaji wa viumbe vingi vya heterotrofiki kwa kusambaza virutubisho vya isokaboni kwenye safu iliyotajwa hapo juu ya oksidi.
