कीमोसिंथेसिस
जैव रसायन में, कीमोसिंथेसिस (chemosynthesis) एक या एक से अधिक कार्बन-युक्त अणुओं (आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड या मीथेन) और पोषक तत्वों का अकार्बनिक यौगिकों (जैसे, हाइड्रोजन गैस, हाइड्रोजन सल्फाइड या फेरस आयन) के ऑक्सीकरण का उपयोग करके कार्बनिक पदार्थों में जैविक रूपांतरण है, जो ऊर्जा के स्रोत के रूप में सूर्य के प्रकाश के बजाय उपयोग किए जाते हैं, जैसा कि प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) में होता है। कीमोऑटोट्रॉफ़ (Chemoautotrophs), वे जीव जो कीमोसिंथेसिस के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बन प्राप्त करते हैं, जातिवृत्तीय (phylogenetically) रूप से विविध हैं। समूहों में जो विशिष्ट या जैव-भू-रासायनिक रूप से महत्वपूर्ण टैक्सा शामिल हैं, उनमें सल्फर-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया जैसे गैमाप्रोटियोबैक्टीरिया, कैम्पिलोबैक्टीरोटा, एक्विफिकोटा, मीथेनोजेनिक आर्किया, और न्यूट्रोफिलिक आयरन-ऑक्सीकरण बैक्टीरिया शामिल हैं।
महासागरों के अंधेरे क्षेत्रों में कई सूक्ष्मजीव बायोमास का उत्पादन करने के लिए एकल-कार्बन अणुओं से कीमोसिंथेसिस का उपयोग करते हैं। दो श्रेणियों को अलग किया जा सकता है। दुर्लभ स्थानों पर जहां हाइड्रोजन अणु (H2) उपलब्ध होते हैं, CO2 और H2 के बीच प्रतिक्रिया से उपलब्ध ऊर्जा (जो मीथेन, CH4 के उत्पादन की ओर ले जाती है) बायोमास के उत्पादन को चलाने के लिए पर्याप्त हो सकती है। वैकल्पिक रूप से, अधिकांश महासागरीय वातावरण में, कीमोसिंथेसिस के लिए ऊर्जा उन प्रतिक्रियाओं से प्राप्त होती है जिनमें हाइड्रोजन सल्फाइड या अमोनिया जैसे पदार्थों का ऑक्सीकरण होता है। यह ऑक्सीजन की उपस्थिति या अनुपस्थिति में हो सकता है।
कई कीमोसिंथेटिक सूक्ष्मजीवों का सेवन महासागर में अन्य जीवों द्वारा किया जाता है, और कीमोसिंथेसाइज़र और वायवीय श्वसन करने वाले हेटरोट्रॉफ़ के बीच सहजीवन (symbiosis) काफी आम है। जानवरों की बड़ी आबादी हाइड्रोथर्मल वेंट, मीथेन क्लैथ्रेट्स, कोल्ड सीप्स, व्हेल फॉल्स, और पृथक गुफा जल में कीमोसिंथेटिक द्वितीयक उत्पादन द्वारा समर्थित हो सकती है।
यह परिकल्पना की गई है कि अवायवीय कीमोसिंथेसिस मंगल की सतह के नीचे जीवन, बृहस्पति के चंद्रमा यूरोपा, और अन्य ग्रहों का समर्थन कर सकती है।[1] कीमोसिंथेसिस पृथ्वी पर विकसित होने वाला चयापचय का पहला प्रकार भी हो सकता है, जिसने बाद में कोशिकीय श्वसन और प्रकाश संश्लेषण के विकसित होने का मार्ग प्रशस्त किया।
हाइड्रोजन सल्फाइड कीमोसिंथेसिस प्रक्रिया
মূল নিবন্ধ: Hydrogen sulfide chemosynthesis विशाल ट्यूब वर्म अपने ट्रोफोसोम में बैक्टीरिया का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड को स्थिर करने के लिए (अपने ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन सल्फाइड का उपयोग करके) और शर्करा तथा अमीनो एसिड का उत्पादन करने के लिए करते हैं।[2]
- 18H2S + 6CO2 + 3O2 → C6H12O6 (कार्बोहाइड्रेट) + 12H2O + 18S
प्रकाश संश्लेषण की तरह कार्बन डाइऑक्साइड को स्थिर करते समय ऑक्सीजन गैस छोड़ने के बजाय, हाइड्रोजन सल्फाइड कीमोसिंथेसिस इस प्रक्रिया में सल्फर के ठोस ग्लोब्यूल्स का उत्पादन करती है। कीमोऑटोट्रॉफी (कीमोसिंथेसिस) में सक्षम बैक्टीरिया में, जैसे कि पर्पल सल्फर बैक्टीरिया,[3] सल्फर के पीले ग्लोब्यूल्स मौजूद होते हैं और कोशिका द्रव्य (cytoplasm) में दिखाई देते हैं।
खोज
1890 में, सर्गेई विनोग्रादस्की ने "एनोर्गोक्सीडेंट" (anorgoxydant) नामक जीवन प्रक्रिया के एक नए प्रकार का प्रस्ताव रखा।[4] उनकी खोज ने सुझाव दिया कि कुछ सूक्ष्मजीव केवल अकार्बनिक पदार्थों पर जीवित रह सकते हैं और यह 1880 के दशक में स्ट्रासबर्ग और ज्यूरिख में सल्फर, आयरन और नाइट्रोजन बैक्टीरिया पर उनके शारीरिक शोध के दौरान सामने आया।
1897 में, विल्हेम फेफर ने अकार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण द्वारा ऊर्जा उत्पादन के लिए "कीमोसिंथेसिस" शब्द गढ़ा, जो ऑटोट्रॉफिक कार्बन डाइऑक्साइड आत्मसात (assimilation) के साथ जुड़ा था—जिसे आज कीमोलीथोऑटोट्रॉफी के रूप में जाना जाएगा। बाद में, इस शब्द का विस्तार कीमोऑर्गनोऑटोट्रॉफ़्स को शामिल करने के लिए किया गया, जो वे जीव हैं जो कार्बन डाइऑक्साइड को आत्मसात करने के लिए कार्बनिक ऊर्जा सबस्ट्रेट्स का उपयोग करते हैं।[5] इस प्रकार, कीमोसिंथेसिस को कीमोऑटोट्रॉफी का पर्याय माना जा सकता है।
"कीमोट्रॉफी" शब्द, जो कम प्रतिबंधात्मक है, 1940 के दशक में आंद्रे ल्वोफ द्वारा इलेक्ट्रॉन दाताओं, कार्बनिक या अन्य, के ऑक्सीकरण द्वारा ऊर्जा के उत्पादन के लिए पेश किया गया था, जो ऑटो- या हेटरोट्रॉफी से जुड़ा था।[6]
हाइड्रोथर्मल वेंट
মূল নিবন্ধ: Hydrothermal vent#Biology of hydrothermal vents
विनोग्रादस्की का सुझाव लगभग 90 साल बाद पुष्टि किया गया, जब 1970 के दशक में हाइड्रोथर्मल महासागर वेंट की खोज की गई। गर्म झरने और अजीब जीवों की खोज 1977 में गैलापागोस रिफ्ट पर दुनिया के पहले गहरे समुद्र के सबमर्सिबल, एल्विन द्वारा की गई थी। लगभग उसी समय, तत्कालीन स्नातक छात्र कोलीन कवानाघ ने कीमोसिंथेटिक बैक्टीरिया का प्रस्ताव रखा जो सल्फाइड या मौलिक सल्फर को ऑक्सीकृत करते हैं, एक तंत्र के रूप में जिसके द्वारा ट्यूब वर्म हाइड्रोथर्मल वेंट के पास जीवित रह सकते हैं। कवानाघ बाद में यह पुष्टि करने में सफल रहीं कि यह वास्तव में वह तरीका था जिससे कीड़े पनप सकते थे, और उन्हें आम तौर पर कीमोसिंथेसिस की खोज का श्रेय दिया जाता है।[7]
बिल न्ये द्वारा होस्ट की गई 2004 की एक टेलीविजन श्रृंखला ने कीमोसिंथेसिस को अब तक की 100 सबसे बड़ी वैज्ञानिक खोजों में से एक के रूप में नामित किया।[8]
महासागरीय क्रस्ट
2013 में, शोधकर्ताओं ने तलछट की मोटी परतों के नीचे महासागरीय क्रस्ट की चट्टान में रहने वाले बैक्टीरिया की अपनी खोज की सूचना दी, और उन हाइड्रोथर्मल वेंट से अलग जो विवर्तनिक प्लेटों के किनारों पर बनते हैं। प्रारंभिक निष्कर्ष यह हैं कि ये बैक्टीरिया महासागरीय क्रस्ट बनाने वाले बेसाल्ट में व्याप्त छोटी नसों में परिसंचारी समुद्री जल द्वारा ओलिवाइन के रासायनिक अपचयन से उत्पन्न हाइड्रोजन पर जीवित रहते हैं। बैक्टीरिया हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड को मिलाकर मीथेन का संश्लेषण करते हैं।[9]
रसायनसंश्लेषण (Chemosynthesis) निरंतर अनुसंधान के लिए एक अभिनव क्षेत्र के रूप में
इस तथ्य के बावजूद कि रसायनसंश्लेषण की प्रक्रिया सौ वर्षों से अधिक समय से ज्ञात है, जैव-भू-रासायनिक चक्रों (biogeochemical cycles) में रासायनिक तत्वों के परिवर्तन में इसका महत्व आज भी प्रासंगिक है। आज, नाइट्रीकरण करने वाले बैक्टीरिया (nitrifying bacteria) की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं, जो अमोनिया के नाइट्रिक एसिड में ऑक्सीकरण की ओर ले जाती हैं, के लिए वैज्ञानिक प्रमाण और अतिरिक्त शोध की आवश्यकता है। अकार्बनिक पदार्थों को कार्बनिक पदार्थों में बदलने की बैक्टीरिया की क्षमता यह बताती है कि रसायनसंश्लेषी (chemosynthetics) मानव आवश्यकताओं के लिए मूल्यवान संसाधनों का संचय कर सकते हैं।
विभिन्न वातावरणों में रसायनसंश्लेषी समुदाय अपनी पारिस्थितिकी, विकास और जैव-भूगोल (biogeography) के साथ-साथ स्थायी हाइड्रोकार्बन-आधारित ऊर्जा स्रोतों की उपलब्धता के संकेतक के रूप में अपनी क्षमता के संदर्भ में महत्वपूर्ण जैविक प्रणालियाँ हैं। रसायनसंश्लेषण की प्रक्रिया में, बैक्टीरिया वहां कार्बनिक पदार्थ का उत्पादन करते हैं जहां प्रकाश संश्लेषण असंभव है। थर्मोफिलिक सल्फेट-अपचयन करने वाले बैक्टीरिया थर्मोडिसल्फोविब्रियो येलोस्टोनii (Thermodesulfovibrio yellowstonii) और अन्य प्रकार के रसायनसंश्लेषियों का पृथक्करण आगे के शोध के लिए संभावनाएं प्रदान करता है। इस प्रकार, रसायनसंश्लेषण का महत्व अभिनव प्रौद्योगिकियों, पारिस्थितिक तंत्र के संरक्षण और सामान्य रूप से मानव जीवन में उपयोग के लिए प्रासंगिक बना हुआ है।
संदर्भ
- ↑ जूलियन चेला-फ्लोरेस (2000): "Terrestrial microbes as candidates for survival on Mars and Europa", in: Seckbach, Joseph (ed.) Journey to Diverse Microbial Worlds: Adaptation to Exotic Environments, Springer, pp. 387–398. 0-7923-6020-6
- ↑ (2013). Biotechnology for Environmental Management and Resource Recovery. 179. Springer. ISBN 978-81-322-0876-1.
- ↑ (2009). "The Purple Phototrophic Bacteria". Springer. ISBN 978-1-4020-8814-8.
- ↑ (2022-07-24). Chemosynthesis: a history of innovation. Infusion & Chemotherapy. (2) 50–56. doi:10.32902/2663-0338-2022-2-50-56.
- ↑ (2012). "Autotrophy as a predominant mode of carbon fixation in anaerobic methane-oxidizing microbial communities". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 109 (47) 19321–19326. doi:10.1073/pnas.1208795109.
- ↑ (2006). The Prokaryotes. 441–456. Springer. ISBN 978-0-387-25492-0. doi:10.1007/0-387-30742-7_15.
- ↑ (1981). "Prokaryotic Cells in the Hydrothermal Vent Tube Worms Riftia Jones: Possible Chemoautotrophic Symbionts". Science. 213 (4505) 340–342. doi:10.1126/science.213.4505.340.
- ↑ 100 Greatest Discoveries (2004–2005). IMDb.
- ↑ (14 March 2013). Life deep within oceanic crust sustained by energy from interior of Earth. ScienceDaily.
स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Chemosynthesis” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemosynthesis यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।
