การสังเคราะห์ทางเคมีจากไฮโดรเจนซัลไฟด์

การสังเคราะห์ทางเคมีจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Hydrogen sulfide chemosynthesis) คือกระบวนการผลิตสารอินทรีย์โดยใช้พลังงานที่ได้จากการออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) แทนการใช้แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นกลไกหลักในการดำรงชีวิตของจุลินทรีย์ในระบบนิเวศที่ไร้แสง เช่น บริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอล (Hydrothermal vents) ใต้ทะเลลึก

กลไกการทำงาน

ในสภาพแวดล้อมใต้ทะเลลึก สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีความสามารถในการออกซิไดซ์สารประกอบรีดิวซ์ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งการออกซิไดซ์คือกระบวนการที่สารสูญเสียอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเคมี

อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจากไฮโดรเจนซัลไฟด์จะถูกนำไปใช้สร้างความแตกต่างของความเข้มข้นของโปรตอน (Proton gradient) ผ่านเยื่อหุ้มไซโทพลาซึมของแบคทีเรีย ซึ่งการเคลื่อนที่ของโปรตอนนี้จะนำไปสู่การสร้าง อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นพลังงานหลักของเซลล์ ทั้งนี้ ปริมาณพลังงานที่ได้รับจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย (Final electron acceptor) ที่ใช้ในปฏิกิริยา

การนำไปใช้ในสิ่งมีชีวิต

แบคทีเรียสังเคราะห์ทางเคมีส่วนใหญ่มักสร้างความสัมพันธ์แบบพึ่งพากับยูคาริโอตขนาดเล็ก โดยมีตัวอย่างที่เด่นชัดดังนี้:

• หนอนท่อักษะ (Giant tube worms): ใช้แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในอวัยวะที่เรียกว่า โทรโฟโซม (Trophosome) เพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นแหล่งพลังงาน เพื่อผลิตน้ำตาลและกรดอะมิโน ซึ่งในกระบวนการนี้จะมีการผลิตกำมะถัน (Sulfur) ออกมาเป็นก้อนกลมขนาดเล็ก (Globules) แทนการปล่อยก๊าซออกซิเจนเหมือนในการสังเคราะห์ด้วยแสง
• แบคทีเรียกำมะถันสีม่วง (Purple sulfur bacteria): สามารถสังเคราะห์ทางเคมีและมีก้อนกำมะถันสีเหลืองปรากฏให้เห็นชัดเจนภายในไซโทพลาซึม

การกระจายตัวและตัวอย่างสิ่งมีชีวิต

นักวิจัยพบสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ทางเคมีจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ในหลายพื้นที่ทั่วโลก เช่น:

• บ่อน้ำพุร้อนเยลโลว์สโตน (Yellowstone thermal springs): การศึกษาในปี 2011 พบว่าการกระจายตัวของจุลินทรีย์สัมพันธ์กับอุณหภูมิ โดยพบ Sulfurihydrogenibium ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง และพบ Thiovirga ในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า
• มหาสมุทรอินเดีย: มีการค้นพบสิ่งมีชีวิตพึ่งพา (Endosymbiont) ในหอยฝาเดียวสกุล Alviniconcha ซึ่งมีความสามารถในการออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยใช้แบคทีเรียในกลุ่ม Campylobacter