Kemosintesis adalah proses yang digunakan organisme tertentu untuk mendapatkan energi untuk produksi makanan, mirip dengan fotosintesis, tetapi tanpa menggunakan sinar matahari. Energi berasal dari oksidasi bahan kimia anorganik yang ditemukan organisme di lingkungan mereka. Proses ini terjadi pada banyak bakteri, dan pada kelompok organisme lain yang dikenal sebagai archaea. Bentuk kehidupan yang menggunakan metode ini untuk memperoleh energi ditemukan di berbagai lingkungan, termasuk tanah, usus mamalia, deposit minyak bumi, dan dalam kondisi ekstrim, seperti di sekitar lubang hidrotermal di dasar laut. Mereka beradaptasi dengan keadaan yang mungkin biasa terjadi miliaran tahun yang lalu, membuat beberapa ilmuwan berteori bahwa mereka mungkin keturunan langsung dari kehidupan paling awal di Bumi.
metode
Organisme yang membuat makanannya sendiri dari bahan kimia anorganik, bukan menggunakan bahan organik yang sudah ada, dikenal sebagai organisme autotrof. Makanan terdiri dari karbohidrat, seperti glukosa, tetapi ini membutuhkan energi untuk pembuatannya. Di mana sinar matahari tersedia, autotrof umumnya akan menggunakannya untuk melakukan fotosintesis, tetapi di tempat-tempat di mana tidak ada cahaya, berbagai jenis telah berevolusi yang menggunakan energi kimia sebagai gantinya. Bentuk kehidupan yang melakukan ini dikenal sebagai chemautotrophs. Sejumlah metode berbeda telah muncul, ditentukan oleh kondisi, dan bahan kimia yang tersedia.
Kemosintesis menggunakan reaksi oksidasi-reduksi, juga dikenal sebagai reaksi redoks, untuk memasok energi yang dibutuhkan untuk memproduksi karbohidrat dari karbon dioksida dan air. Reaksi semacam ini melibatkan hilangnya elektron dari satu zat dan penambahan elektron ke zat lain. Substansi yang menerima elektron — biasanya oksigen — dikatakan telah tereduksi, sedangkan yang memasok elektron telah teroksidasi. Reduksi membutuhkan energi, tetapi oksidasi melepaskannya. Kedua reaksi selalu terjadi bersama-sama, tetapi yang digunakan dalam kemosintesis menghasilkan pelepasan energi secara keseluruhan.
Seperti halnya fotosintesis, reaksi yang sebenarnya sangat kompleks dan melibatkan sejumlah langkah, tetapi mereka dapat diringkas dalam hal bahan baku dan produk akhir, salah satunya adalah makanan dalam bentuk beberapa jenis karbohidrat. Di mana sulfida tersedia, mereka dapat dioksidasi, menghasilkan belerang atau sulfat. Besi juga dapat dioksidasi, dari bentuk yang dikenal sebagai besi II menjadi besi III, yang memiliki satu elektron lebih sedikit. Metana, yang hadir di beberapa tempat sebagai gas alam, dapat menjadi sumber energi dan karbon untuk beberapa mikroorganisme, dan juga merupakan produk sampingan dari kemosintesis oleh beberapa organisme lain. Oksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat adalah metode lain yang menyediakan energi untuk beberapa bentuk kehidupan.
Banyak organisme yang menggunakan kemosintesis untuk memproduksi makanan hidup di lingkungan dengan suhu ekstrim, tekanan, salinitas atau kondisi lain yang memusuhi sebagian besar kehidupan. Ini dikenal sebagai ekstrofil. Mereka memiliki berbagai adaptasi yang memungkinkan mereka untuk bertahan hidup, seperti enzim yang tidak biasa yang tidak dinonaktifkan oleh suhu tinggi.
Lingkungan
Ventilasi hidrotermal adalah salah satu lingkungan yang paling luar biasa di planet ini. Mereka terdiri dari aliran air panas dan kaya bahan kimia yang mengalir keluar dari dasar laut di daerah yang aktif secara geologis, seperti pegunungan tengah samudera. Meskipun tampaknya tidak bersahabat dengan kehidupan, tanpa cahaya, suhu mendekati 212°F (100 °C), dan penuh dengan bahan kimia yang beracun bagi sebagian besar bentuk kehidupan, mereka memiliki ekosistem yang berkembang dan beragam yang didukung oleh mikroorganisme kemosintetik. Mikroba ini terdiri dari bakteri, dan juga archaea, kelompok organisme yang sangat purba yang secara permukaan mirip, tetapi secara kimiawi dan genetik sangat berbeda.
Air panas yang dihasilkan oleh ventilasi hidrotermal sangat kaya akan sulfida, yang digunakan mikroba untuk kemosintesis, terkadang melepaskan metana sebagai produk sampingan. Mikroorganisme yang menghasilkan gas ini dikenal sebagai metanogen. Mikroba kemosintetik lainnya di lingkungan ini memperoleh energi dengan oksidasi metana, mengubah sulfat menjadi sulfida dalam prosesnya. Oksidasi metana juga terjadi di daerah di mana minyak bumi — campuran hidrokarbon termasuk metana — merembes ke atas ke dasar laut.
Ekologi di sekitar ventilasi laut dalam jauh lebih kaya daripada yang jauh dari sumber kimia semacam itu, yang harus bertahan hidup hanya dari bahan organik mati yang perlahan turun dari perairan di atas. Bentuk kehidupan kemosintetik tidak hanya memberikan dasar bagi komunitas organisme yang lebih besar yang mengkonsumsi mikroba untuk bertahan hidup, tetapi juga membentuk hubungan simbiosis yang penting dengan organisme lain. Salah satu contoh yang menarik adalah cacing tabung, yang memulai hidup dengan mulut dan usus, yang digunakannya untuk menyerap sejumlah besar bakteri kemosintetik. Pada tahap selanjutnya, ia kehilangan mulutnya, dan terus bertahan hidup dengan mengonsumsi makanan yang dihasilkan oleh bakteri internalnya.
Mikroorganisme ekstrofil kemosintetik telah ditemukan di mata air panas, di mana mereka bertahan hidup dengan oksidasi belerang atau amonia, dan di bebatuan jauh di bawah permukaan, di mana mereka memperoleh energi dengan mengoksidasi besi. Kemosintesis juga terjadi di tempat yang lebih akrab. Misalnya, di dalam tanah, bakteri nitrifikasi mengubah amonia menjadi nitrit dan nitrat, sedangkan archaea penghasil metana dapat ditemukan di rawa-rawa, di saluran pembuangan dan di usus mamalia.
Pentingnya dan Kemungkinan Penggunaan
Bakteri nitrifikasi di tanah menyediakan nitrogen yang dapat digunakan untuk tanaman dan merupakan bagian penting dari siklus nitrogen — tanpa mereka, tanaman dan hewan tidak akan ada. Sangat mungkin bahwa bentuk kehidupan paling awal menggunakan kemosintesis untuk membuat senyawa organik dari senyawa anorganik, sehingga proses ini mungkin bertanggung jawab atas pembentukan kehidupan di Bumi. Para ilmuwan telah menyarankan sejumlah cara di mana chemautotrophs dapat dimanfaatkan dengan baik. Misalnya, mereka dapat digunakan untuk menghasilkan metana untuk bahan bakar. Karena banyak dari organisme ini hidup dengan bahan kimia yang beracun bagi manusia, dan melepaskan produk sampingan yang tidak berbahaya, mereka mungkin juga digunakan untuk mendetoksifikasi jenis limbah beracun tertentu.
Kemosintesis dan Planet Lain
Kemampuan beberapa organisme kemosintetik untuk berkembang dalam kondisi ekstrim telah menyebabkan beberapa ilmuwan menyarankan bahwa bentuk kehidupan seperti itu mungkin ada di planet lain, di lingkungan yang tidak cocok untuk jenis kehidupan yang lebih dikenal. Eksperimen menunjukkan bahwa beberapa organisme kemosintetik mungkin dapat bertahan dan tumbuh di bawah permukaan Mars, dan telah berspekulasi bahwa jejak metana yang ditemukan di atmosfer Mars mungkin merupakan hasil aktivitas mikroorganisme metanogenik. Lokasi lain yang mungkin untuk kehidupan di luar bumi adalah bulan tertutup es Jupiter, Europa, di mana air cair diperkirakan ada di bawah permukaan.