קיבוע חנקן

וינגורדסקי הבין באמצעות המשחקים שלו עם הגופרית והבגיאותאה, הגדיר את המשבצת החדשה של היצורים הכמואוטוטרופים. יצורים אשר משתמשים באנרגיה כימית על מנת לייצר לעצמם אנרגיה כמקור ראשוני.

 

מפגש של חמצן וסולפית מביא להסקה כי יכולים להתפתח יצורים כמו בגיאותאה. אלו הם יצורים כמואוטוטרופים, קיבוע פחמן דו חמצני לחומר אורגני כנראה שזו המסה שהם אוכלים שם.

 

כדור הארץ הוא אינו יחידה אחת אלא מורכב ממספר לוחות טקטוניים אשר נמצאים בתזוזה אחד כלפי השני. גבולותיהם של הלוחות ידועים כבר די הרבה זמן. באזור איי הגלאפגוס חיפשו את הגבול בין שני לוחות, וכך גילו את העולם השקט שמתחת לפני הים כ3 ק"מ. זהו עולם חשוך ללא אפשרות ליצור אנרגיה מהאור. כן יש אפשרות ליצור אנרגיה מחומרים כימיים שיוצאים מבטן כדוה"א.באזור חיץ בין לוחות טקטוניים הקרום דק יחסית והמגמה מחממת את המים ומחלחלים פנימה, באים במגע עם שכבות חמות מבטן כדור הארץ וישננם תהליכים כימיים, אשר אחד מהם הוא חיזור כימי של גופרית  ופליטה של עשן סולפית ומתכות ברזל ע"י ארובות תת מימיות. עשן סולפית חם מתפזר בתוך ים קר אשר מכיל חמצן.  כך נוצרים כל התנאים האופטימליים ליצירת חיים כמואוטוטרופים.

 

תולעי ענק  אשר חיות בתנאים אלה גם מבצעות תהליכי סימביוזה ביחד עם פרוקריוטיים. לתולעים אלה יש דם זימים על מנת לקלוט גזים מהמים. הסוד של אותו היצור ללא הפה והמעי הוא הכלה של אלפי חיידקים בתוך הצינור שלו, והם בני המשפחה של הבגיאתואה. הם מקבלים סולפית מסריחה שהחיה תופסת מהמים, הם מקבלים חמצן שהחיה מעבדת מהמים ומובילה בדמה. החיידקים גדלים על חשבון המרכיבים שהחיה תוספת וניזונים מהם. בתמורה הם מוסרים לתולעת תוצרי חיים שונים על מנת שיצליחו להתקיים וככה מתקיימת מערכת של מוטואליזם.

 

מה שראינו בבגיאתואה היו חיים כמואוטוטרופיים מבוססים על חמצון גופרית. זו לא הצורה היחידה של חיים כאלה, ולמעשה וינוגרדסקי התייאש מהבגיאותאה וניסה למצוא חיה נוחה יותר לכך. הוא מצא שניתן לעשות את אותו התהליך עם תרכובות של חנקן.

 

חנקן: יסוד עם אפשרויות שונות.

אטום עם שבעה אלקטרונים ושבעה ניוטרונים.

האוויר אותו אנחנו נושמים הוא 79% חנקן. החנקן באוויר מופיע כמולקולה של N2

אנו חייבים לקבל חנקן מקובע- בצורת אמוניה או בצורה ניטרט.

הצורה הכי מחוזרת היא אמוניה עם מטען של (3-), הצורה הכי מחומצנת היא ניטרנט או חומצה חנקתית (5+)., באמצע יש חומצה חנקנית או ניטריט (3+) או מולקולה של חנקן באוויר שהיא ניטרלית.

 

חלק מהדשן לזיבול שדות מכיל חנקן משום שזה טוב לצמחים. עולם הצומח יכול להתמודד גם עם אמוניה וגם עם ניטרט.

וינוגרדסקי ראה שהאמוניה מתחמצנת עם חמצן כקולט אלקטרונים לחומצה חנקנית (ניטריט), ולאחר מכן להתחמצן עוד פעם לחומצה חנקתית (ניטראט). כל זה קורה על מנת להפיק רווח אנרגטי.

התהליך שוינגרדסקי גילה נקרא חנקון או ניטריפיקציהß כאשר חקלאי יפזר על השדה שלו דשן אמוניה, זה אומר שהאמוניה יחד עם חמצן תתחמצן קודם לניטריט ואחר כך לניטראט.

קיבוע חנקן

 

חוקר הולנדי, כנראה מאוד לא חביב, ובניגוד לוינוגרדסקי שעסק במלא תחומים, ביירינק עסק רק בביולוגיה. הוא חקר גם חיידקים שפולטים אור. חיידקים כאלה קיימים בעיקר בים. יש, אם כך, יצורים שניתן לגדל אותם בתור כלי גידול ועל צלחות פטרי והמושבות עצמן מאירות. חקר בנוסף גם את הוירוס שפוגע בטבק, ובכך היה החוקר הראשון החוקר את הוירוסים

 

הצורה הנפוצה של חנקן היא גז N2 אשר נמצא באוויר. ישנם מצבים בהם חנקן גזי יכול להיות בשימוש לטובת האדם. התעשייה הכימית יכולה לקחת חנקן מהאוויר ולהפוך אותו לצורות שונות של דשן באמצעות תהליכים כימיים, אך הם יקרים וצורכים המון אנרגיה. הם יוצרים אמוניה,: מכניסים לריאקטורים חנקן ומימןß דוחסים בלחץ גדולß מחממים לטמפרטורה של כ400 מעלותß לאחר השקעת אנרגיה אדירה מקבלים אמוניה.

מתברר שזה דורש הרבה אנרגיה משום ששני האטומים הללו מחוברים בצורה מאוד חזקה, ויש צורך לפרק את הקשר בין שני האטומים הללו.

את החיידקים אשר מקבעים חנקן ניתן למצוא על השורשים של צמחים ממשפחת הקטניות. על השורשים ישנם גידולים- פקעיות, אשר מכילות חיידקים. ישנה סימביוזה בין הצמח לבין החיידקי הריזוביום שגדלים שם. הצמח מספק לחיידקים את האוכל ע"י הפוטוסינתזה, והחיידקים מספקים לצמח חנקן בצורת אמוניה. החיידק מסוגל בעזרת אנזים מסוים לייצר אמוניה. לא בלחץ גדול ולא בטמפרטורות קיצוניותß החיידק הזה יעיל יותר מהתהליך הכימי המסורבל והיקר.

עוד כתבות בנושא: