Кіріспе
Биосинтез үшін қолданылатын тотығу-тотықсыздану эквиваленттерін алу үшін бейорганикалық субстратты пайдаланатын организмдер. Литотрофтар – биосинтезде (мысалы, көмірқышқыл газының бекітілуі) немесе энергияны сақтау (яғни, АТФ өндірісі) үшін аэробты немесе анаэробты тыныс алу арқылы қолданылатын тотығу-тотықсыздану эквиваленттерін алу үшін бейорганикалық субстратты (көбінесе минералдық текті) пайдаланатын әртүрлі организмдер тобы. Литотрофтар кең мағынада өсімдіктер сияқты фотолитотрофтарды да қамтиды, бірақ хемолитотрофтар – тек микроорганизмдер; белгілі макрофаунаның электрондық көздер ретінде бейорганикалық қосылыстарды пайдалану қабілеті жоқ. Макрофауна мен литотрофтар симбиоздық қарым-қатынас құра алады, онда литотрофтар "прокариоттық симбионттар" деп аталады. Мысалы, алып түтік құрттардағы немесе пластидтердегі хемолитотрофты бактериялар, олар өсімдік жасушаларындағы органеллалар болып табылады және фотолитотрофты цианобактериялар сияқты организмдерден пайда болған болуы мүмкін. Хемолитотрофтар бактериялар және археялар домендеріне жатады. "Литотроф" термині грек тіліндегі 'lithos' (тас) және 'troph' (жеуші) сөздерінен құралған, яғни "тас жеушілер". Көптеген, бірақ барлық литоавтотрофтар экстремофилдер емес. Өмірдің соңғы ортақ ата-бабасы хемолитотроф болған деп есептеледі (прокариоттарда кездесетіндіктен). Литотрофтан органотроф ерекшеленеді, ол органикалық қосылыстардың катаболизмінен тотығу-тотықсыздану агенттерін алады.
Lithotrophs are a diverse group of organisms using an inorganic substrate (usually of mineral origin) to obtain reducing equivalents for use in biosynthesis (e. g., carbon dioxide fixation) or energy conservation (i. e., ATP production) via aerobic or anaerobic respiration. While lithotrophs in the broader sense include photolithotrophs like plants, chemolithotrophs are exclusively microorganisms; no known macrofauna possesses the ability to use inorganic compounds as electron sources. Macrofauna and lithotrophs can form symbiotic relationships, in which case the lithotrophs are called "prokaryotic symbionts". An example of this is chemolithotrophic bacteria in giant tube worms or plastids, which are organelles within plant cells that may have evolved from photolithotrophic cyanobacteria like organisms. Chemolithotrophs belong to the domains Bacteria and Archaea. The term "lithotroph" was created from the Greek terms 'lithos' (rock) and 'troph' (consumer), meaning "eaters of rock". Many but not all lithoautotrophs are extremophiles. The last universal common ancestor of life is thought to be a chemolithotroph (due to its presence in the prokaryotes). Different from a lithotroph is an organotroph, an organism which obtains its reducing agents from the catabolism of organic compounds.
Тарих
Терминді 1946 жылы Лвофф және оның серіктестері ұсынған.
Биохимия
Литотрофтар тотығуын төмендетілген минералдық қосылыстарды (электрон донорларын) пайдаланады.
Химолитотрофтар
Химолитрофтар энергия өндіру реакцияларында органикалық емес тотыққан қосылыстарды пайдалана алады. Бұл организмдер тобына күкірт тотықтырушылар, нитрификациялаушы бактериялар, темір тотықтырушылар және сутегі тотықтырушылар кіреді. "Хемолитотрофия" термині жасушаның органикалық емес қосылыстарды тотықтыру арқылы энергия алуын білдіреді, бұл қосылыстар электрон бергіштер деп те аталады. Бұл метаболизм түрі тек прокариоттарда ғана кездеседі деп саналады және оны алғаш рет украин микробиологы Сергей Виноградский сипаттаған.
Химолитотрофтардың мекені
Бұл бактериялардың тірі қалуы қоршаған ортаның физико-химиялық жағдайларына байланысты. Олар бейорганикалық субстраттың сапасы сияқты белгілі бір факторларға сезімтал болғанымен, әлемдегі ең қиын жағдайларда да өркендеуге қабілді, мысалы 110 градустан жоғары температурада және 2 pH-тан төменде. Хемолитотроптық тіршілік үшін ең маңызды талап – микроорганизмнің тірі қалуы үшін қажетті энергияны өндіру және CO2 бекіту үшін қолайлы электрон донорын қамтамасыз ететін бейорганикалық қосылыстардың жеткілікті мөлшері. Хемосинтез күн сәулесі болмаған жағдайда да жүзеге асуы мүмкін болғандықтан, бұл организмдер көбінесе гидротермальдық булақтар және бейорганикалық субстратқа бай басқа да жерлерде кездеседі. Бейорганикалық тотығудан алынатын энергия субстратқа және реакцияға байланысты өзгереді. Мысалы, күкірт сутегінің элементтік күкіртке ½O2 арқылы тотығуы, элементтік күкіртті сульфатқа (150 ккал/моль немесе 627 кДж/моль) 3/2 O2 арқылы тотығуға қарағанда әлдеқайда аз энергияны (50 ккал/моль немесе 210 кДж/моль) береді. Литотрофтардың көпшілігі көмірқышқыл газын Кальвин циклы арқылы бекітеді, бұл энергияны көп жұмсайтын процесс.
Биогеохимиялық циклдер
Элементтердің биогеохимиялық айналымы микробтық ортадағы литотрофтар үшін маңызды компонент болып табылады. Мысалы, көміртегі циклінде атмосфералық көмірқышқыл газынан органикалық көміртекті өндіретін фотолитоавтотрофтар деп жіктелетін белгілі бір бактериялар бар. Кейбір хемолитоавтотрофты бактериялар да органикалық көміртекті өндіре алады, тіпті жарық болмаған жағдайда да. Литотрофтар темір циклінің биологиялық аспектісінде маңызды рөл атқарады. Бұл организмдер темірді электрон доноры ретінде, Fe(II) → Fe(III), немесе электрон қабылдағышы ретінде, Fe(III) → Fe(II) пайдалана алады. Тағы бір мысал – азоттың айналымы. Көптеген литотрофты бактериялар азотты бекіту процесінде бейорганикалық азотты (азот газын) органикалық азотқа (аммонийге) тотықтыруда рөл атқарады. Сонымен қатар, биоминералдармен байланысты органикалық компоненттер (биосигнатуралар) пребиотикалық және биотикалық реакцияларда маңызды рөл атқарады деп саналады. 2014 жылдың 24 қаңтарында NASA Марстағы Curiosity және Opportunity роверлерінің ағымдағы зерттеулері ежелгі өмірдің іздерін, соның ішінде автотрофты, хемотрофты және/немесе хемолитоавтотрофты микроорганизмдерге негізделген биосфераны, сондай-ақ ежелгі суды, оның ішінде флювио-лакустриналық ортаны (көне өзендер мен көлдерге қатысты жазықтарды) іздейтінін хабарлады. Марста өмір сүруге жарамдылық, тафономия (қалдықтардың зерттелуі) және органикалық көміртекті іздеу – қазіргі таңда NASA-ның басты мақсаты.