الليثوأوتوتروفية

الكائنات الحية الليثوأوتولوفية هي كائنات تستمد طاقتها من تفاعلات المركبات المختزلة ذات الأصل المعدني (غير العضوي). ^{[ 1 ]} يُصنف الليثوأوتولوفية إلى نوعين حسب مصدر الطاقة: الليثوأوتولوفية الضوئية التي تستمد طاقتها من الضوء، والليثوأوتولوفية الكيميائية (أو الكيميائية الذاتية التغذية) التي تستمد طاقتها من التفاعلات الكيميائية. ^{[ 1 ]} الليثوأوتولوفية الكيميائية هي كائنات دقيقة حصرًا . أما الليثوأوتولوفية الضوئية فتشمل الكائنات الحية الكبيرة كالنباتات، والتي لا تمتلك القدرة على استخدام المصادر المعدنية للمركبات المختزلة كمصدر للطاقة. تنتمي معظم الليثوأوتولوفية الكيميائية إلى نطاق البكتيريا ، بينما ينتمي بعضها إلى نطاق العتائق . ^{[ 1 ]} لا تستطيع البكتيريا الليثوأوتولوفية استخدام سوى الجزيئات غير العضوية كركائز في تفاعلاتها المُطلقة للطاقة. مصطلح "ليثوتروف" مشتق من الكلمتين اليونانيتين "ليثوس" ( λίθος ) بمعنى "صخر" و " تروفوس " (τροφοσ) بمعنى "مستهلك"؛ ويمكن قراءته حرفيًا "آكلو الصخور". يشير مصطلح "ليثوتروف" إلى أن هذه الكائنات تستخدم العناصر/المركبات غير العضوية كمصدر للإلكترونات، بينما يشير مصطلح "أوتوتروف" إلى أن مصدر الكربون لديها هو ثاني أكسيد الكربون _. [ ^{1 ] العديد} من الليثوأوتوتروف هي كائنات محبة للظروف القاسية ، ولكن هذا ليس قاعدة عامة، وقد يكون بعضها سببًا في تصريف المياه الحمضية من المناجم .

تتميز الكائنات الحية ذاتية التغذية بالعناصر الليثية بانتقائيتها الشديدة في اختيار مصادر المركبات المختزلة. فعلى الرغم من تنوع استخدام المركبات غير العضوية التي تُظهرها هذه الكائنات كمجموعة، إلا أن كل نوع منها يستخدم نوعًا واحدًا فقط من الجزيئات غير العضوية للحصول على طاقته. ومن الأمثلة على الكائنات الحية ذاتية التغذية بالعناصر الليثية بكتيريا أكسدة الأمونيا اللاهوائية (أناموكس) ، التي تستخدم الأمونيا والنتريت لإنتاج النيتروجين الجزيئي (N₂ ₎ . ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى ذلك، في يوليو 2020، أفاد باحثون باكتشاف مزارع بكتيرية ذاتية التغذية بالعناصر الليثية تتغذى على معدن المنغنيز، وذلك بعد إجراء تجارب منفصلة، ​​وأطلقوا على نوعيها البكتيريين اسمي كانديداتوس مانغانيتروفوس نودوليفورمانس ورامليباكتر ليثوتروفيكوس . ^{[ 3 ]}

تستخدم بعض الكائنات الكيميائية ذاتية التغذية تفاعلات نصفية للأكسدة والاختزال ذات جهد اختزال منخفض في عمليات الأيض لديها، مما يعني أنها لا تحصد الكثير من الطاقة مقارنةً بالكائنات التي تستخدم مسارات التغذية العضوية. ^{[ 1 ]} وهذا ما يجعل بعض الكائنات الكيميائية ذاتية التغذية، مثل النيتروسوموناس ، غير قادرة على اختزال NAD ⁺ بشكل مباشر؛ لذلك، تعتمد هذه الكائنات على نقل الإلكترون العكسي لاختزال NAD ⁺ وتكوين NADH وH ⁺ . ^{[ 1 ]}

تشارك الكائنات الحية ذاتية التغذية الصخرية في العديد من العمليات الجيولوجية، مثل تجوية الصخور الأم (الصخور الأساسية) لتكوين التربة ، بالإضافة إلى الدورة البيوجيوكيميائية للكبريت والبوتاسيوم وعناصر أخرى. ^{[ 1 ]} ويُفترض وجود سلالات غير مكتشفة من الكائنات الحية الدقيقة ذاتية التغذية الصخرية استنادًا إلى بعض هذه الدورات، إذ إنها ضرورية لتفسير ظواهر مثل تحويل الأمونيوم في البيئات المختزلة للحديد. ^{[ 4 ]} قد تتواجد الكائنات الحية ذاتية التغذية الصخرية في باطن الأرض العميق (حيث وُجدت على عمق يزيد عن 3 كيلومترات تحت سطح الكوكب)، وفي التربة ، وفي مجتمعات الكائنات الحية الدقيقة داخل الصخور . ونظرًا لأنها مسؤولة عن تحرير العديد من العناصر الغذائية الأساسية، وتشارك في تكوين التربة ، فإن الكائنات الحية ذاتية التغذية الصخرية تلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على الحياة على الأرض. على سبيل المثال، تتأثر دورة النيتروجين بنشاط العتائق المؤكسدة للأمونيوم، وبكتيريا الأناموكس، وبكتيريا الأكسدة الكاملة للأمونيوم (كوماموكس) من جنس نيتروسبيرا . ^{[ 4 ]}

يمكن للكائنات الكيميائية ذاتية التغذية تحويل العديد من المواد الخطرة بيئيًا، مثل الأمونيوم (NH₄⁺ ₎ ^{وكبريتيد} الهيدروجين (H₂S ₎ وغاز الميثان (CH₄ _{) من غازات} الدفيئة ، إلى أشكال أقل ضررًا بالبيئة، مثل النيتروجين ( _{N₂ )} والكبريتات (SO₄²⁻ ) وثاني ^{أكسيد الكربون} ₍ CO₂ ₎ . ^{[ 4 ]} على الرغم من الاعتقاد السائد لفترة طويلة بأن هذه الكائنات تحتاج إلى الأكسجين لإجراء هذه التحويلات، تشير الدراسات الحديثة إلى وجود الأكسدة اللاهوائية أيضًا في هذه الأنظمة. ^{[ 4 ]}

تُعدّ التجمعات الميكروبية ذاتية التغذية الصخرية مسؤولة عن ظاهرة تصريف المياه الحمضية من المناجم ، حيث يتم استقلاب البيريت الموجود في أكوام مخلفات المناجم وعلى واجهات الصخور المكشوفة، باستخدام الأكسجين ، لإنتاج الكبريتيتات ، التي تُشكّل حمض الكبريتيك المُسبّب للتآكل عند ذوبانها في الماء وتعرّضها للأكسجين الجوي . ^{[ 5 ]} يُغيّر تصريف المياه الحمضية من المناجم بشكلٍ جذري حموضة وتركيب المياه الجوفية والجداول ، وقد يُعرّض النباتات والحيوانات للخطر. كما تُوجد أنشطة مشابهة لتصريف المياه الحمضية من المناجم، ولكن على نطاقٍ أضيق بكثير، في بيئات طبيعية مثل قيعان الأنهار الجليدية الصخرية ، وفي التربة والمنحدرات الصخرية ، وفي باطن الأرض العميق.

• دورة الكبريت - مسارات انتقال الكبريت على الأرض
• تفاعلات الأكسدة والاختزال - التفاعلات التي تحكم جزءًا كبيرًا من استقلاب الطاقة والعمليات الكيميائية الأخرى على الأرض