细菌的光合作用与化能合成

为什么是这样

紫色硫细菌（紅色硫黄細菌）和绿色硫细菌（緑色硫黄細菌）是光合细菌，含有细菌叶绿素（バクテリオクロロフィル），能用光能合成有机物。但它们还原 CO₂ 所需的电子来自 H₂S 而不是水，所以不放出氧气，而是生成硫。它们只有一种光化学系，不像植物那样有两种。

蓝细菌（シアノバクテリア）虽然是细菌，却和植物一样含有叶绿素 a、具有两种光化学系，分解水并放出氧气。地球大气中的氧最初主要由蓝细菌积累；叶绿体也被认为起源于被古代真核细胞吞入的蓝细菌。

化能合成（化学合成）完全不用光：化能合成细菌把无机物氧化，用放出的化学能合成 ATP，再用来固定 CO₂。代表有硝化细菌（硝化菌）——其中亚硝酸细菌把 NH₄⁺ 氧化成 NO₂⁻，硝酸细菌把 NO₂⁻ 氧化成 NO₃⁻——以及氧化 H₂S 等的硫细菌、氧化 Fe²⁺ 的铁细菌、氧化 H₂ 的氢细菌。硝化细菌在土壤的氮循环中也很重要。

定量表达

把两种光合作用的总式并排看：植物与蓝细菌是 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O，紫色硫细菌与绿色硫细菌是 6CO₂ + 12H₂S → C₆H₁₂O₆ + 12S + 6H₂O。两式结构完全对应：12 分子 H₂O 换成 12 分子 H₂S，6 分子 O₂ 换成 12 个硫原子。这也从另一面说明，植物放出的氧来自水而不是 CO₂。

化能合成的能量来自下面这类氧化反应：亚硝酸细菌 2NH₄⁺ + 3O₂ → 2NO₂⁻ + 2H₂O + 4H⁺，硝酸细菌 2NO₂⁻ + O₂ → 2NO₃⁻，硫细菌 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O。这些反应本身是放能的异化式反应；用它们的能量固定 CO₂ 的那一半才是同化，所以化能合成细菌属于独立营养生物。