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Mysteriöse Photosynthese: Warum betreiben grüne Schwefelbakterien Photosynthese ohne Sauerstoff?
Der Prozess der Photosynthese in Pflanzen unter Sonnenlicht ist den Menschen wohlbekannt, aber in der Unterwasserwelt gibt es einige geheimnisvolle Lebewesen, die ähnliche Prozesse durchführen. Das auffälligste davon sind die grünen Schwefelbakterien. . Diese Bakterien benötigen keinen Sauerstoff, können aber dennoch Lichtenergie effizient in chemische Energie umwandeln. Was ist das Geheimnis dahinter?
Grundlegende Eigenschaften grüner Schwefelbakterien
Grüne Schwefelbakterien sind eine Art aerober phototropher Bakterien, die zum Stamm der Chlorobiota gehören. Diese Bakterien leben hauptsächlich in anaeroben aquatischen Umgebungen. Sie führen einen photosynthetischen Stoffwechsel durch, bei dem sie Sulfid als Elektronendonor verwenden. Der Vorgang wird als anoxygene Photosynthese bezeichnet. Diese Bakterien können stäbchen- oder kugelförmig sein und einige Arten haben Luftsäcke, die ihnen helfen, im Wasser zu schwimmen.
Die Hauptpigmente, die von grünen Schwefelbakterien während der Photosynthese verwendet werden, sind Bakteriochlorophyll c oder d, die sich in speziellen Chromatophoren befinden, die es ihnen ermöglichen, Licht in Umgebungen mit geringer Lichtintensität effizient einzufangen.
Lebensumfeld und ökologische Rolle
Grüne Schwefelbakterien leben hauptsächlich in milden Gewässern und in den Oberflächenschichten von Sedimenten. Sie kommen häufig in extrem sauerstoffarmen Umgebungen wie dem Schwarzen Meer vor und können sogar in der Nähe von hydrothermalen Quellen in einer Tiefe von 2.500 Metern überleben. Diese Überlebensfähigkeit zeigt ihre Anpassungsfähigkeit an extreme Umgebungen.
Diese Bakterien spielen in diesen Umgebungen eine wichtige ökologische Rolle, unter anderem beim Abbau organischer Stoffe und bei Mineralisierungsprozessen, und ihre symbiotische Beziehung mit Korallen hat zunehmend die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen.
Der mysteriöse Prozess der Photosynthese
Im Gegensatz zu Pflanzen, die für die Photosynthese auf Wasser angewiesen sind, verwenden grüne Schwefelbakterien Schwefelwasserstoff oder andere schwefelhaltige Verbindungen als Elektronendonatoren. Ihr Photosyntheseprozess beruht auf einem Mechanismus namens Typ-I-Reaktionszentrum, der dem Photosynthesesystem von Pflanzen und Cyanobakterien entspricht. Dadurch sind Grüne Schwefelbakterien in der Lage, in einer sauerstoffarmen Umgebung Lichtenergie aufzunehmen und in lebensnotwendige Energie umzuwandeln.
Bei der Oxidation von Sulfid wird der entstehende Schwefel in Form von Kugeln außerhalb der Zelle abgelagert, daher der Name der grünen Schwefelbakterien.
Kohlenstofffixierung und Mixotrophie
Grüne Schwefelbakterien können nicht nur Lichtenergie nutzen, sondern auch Kohlendioxid für autotrophe Zwecke verwenden. Sie fixieren Kohlenstoff über den umgekehrten Tricarbonsäurezyklus, ein Prozess, der hocheffizient ist und in Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen durchgeführt werden kann. Gleichzeitig sind diese Bakterien in der Lage, bei Vorhandensein von Licht auch einfache organische Verbindungen in Form von Nährstoffmischungen aufzunehmen, was zu einer Steigerung ihrer Wachstumsrate beiträgt.
Stickstofffixierungskapazität
Die meisten grünen Schwefelbakterien sind stickstofffixierende Bakterien, die Stickstoffgas zu Ammoniak reduzieren können, das weiter zur Synthese von Aminosäuren verwendet wird. Ihre Rolle bei der Stickstofffixierung kann nicht unterschätzt werden, insbesondere in nährstoffarmen Umgebungen wie Korallenriffen.
Diese Bakterien unterstützen nicht nur die Produktivität von Unterwasser-Ökosystemen, sondern passen sich auch an Umgebungen mit unterschiedlichen Stickstoffkonzentrationen an, indem sie die Aktivität der Nitrogenase regulieren.
Zukünftige Forschung und Herausforderungen
Obwohl umfangreiche Forschungsarbeiten die Geheimnisse der grünen Schwefelbakterien gelüftet haben, sind viele Fragen noch unbeantwortet. Welche physiologischen Mechanismen gibt es beispielsweise, mit denen diese Bakterien auf Umweltveränderungen reagieren? Und welche Auswirkungen wird die veränderte Rolle der grünen Schwefelbakterien im Zuge der Umweltveränderungen auf das Ökosystem haben? Diese Fragen wecken nicht nur die Neugier von Wissenschaftlern, sondern verdienen auch eine weitere Untersuchung durch jeden an Biowissenschaften interessierten Leser.
