Большая Советская Энциклопедия (ХЕ) - БСЭ БСЭ

  Лит. см. при статьях Вкус , Интерорецепция , Обоняние , Рецепторы , Феромоны .

  А. В. Минор.

Хемосинтез

Хемоси'нтез (от хемо... и синтез ), правильнее — хемолитоавтотрофия, тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. Открытие Х. в 1887 (Виноградский С. Н.) существенно изменило представления об основных типах обмена веществ у живых организмов. В отличие от фотосинтеза , при Х. используется не энергия света, а энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях, которая должна быть достаточна для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и превышать 10 ккал/моль .

  Бактерии, способные к Х., не являются единой в таксономическом отношении группой, а систематизируются в зависимости от окисляемого неорганического субстрата. Среди них встречаются микроорганизмы, окисляющие водород, окись углерода, восстановленные соединения серы, железо, аммиак, нитриты, сурьму. Водородные бактерии — наиболее многочисленная и разнообразная группа хемосинтезирующих организмов; осуществляют реакцию 6H2 + 2O2 + CO2 = (CH2 O) + 5H2 O, где (CH2 O) — условное обозначение образующихся органических веществ. По сравнению с др. автотрофными микроорганизмами характеризуются высокой скоростью роста и могут давать большую биомассу. Эти бактерии способны также расти на средах, содержащих органические вещества, т. е. являются миксотрофными, или факультативно хемоавтотрофными бактериями. Близки к водородным бактериям карбоксидобактерии, окисляющие CO по реакции 25CO + 12O2 + H2 O + 24CO2 + (CH2 O). Тионовые бактерии окисляют сероводород, тиосульфат, молекулярную серу до серной кислоты. Некоторые из них (Thiobacillus ferrooxidans) окисляют сульфидные минералы, а также закисное железо. Способность к Х. у разнообразных водных серобактерий остаётся недоказанной. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитрита (1-я стадия нитрификации ) и нитрит в нитрат (2-я стадия). В анаэробных условиях Х. наблюдается у некоторых денитрифицирующих бактерий, окисляющих водород или серу, но часто они нуждаются в органическом веществе для биосинтеза (литогетеротрофия). Описан Х. у некоторых строго анаэробных метанообразующих бактерий по реакции 4H2 + CO2 = CH4 + 2H2 O.

  Биосинтез органических соединений при Х. осуществляется в результате автотрофной ассимиляции CO2 (цикл Калвина) точно так же, как при фотосинтезе. Энергия в виде АТФ получается от переноса электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных в клеточную мембрану бактерий (см. Окислительное фосфорилирование ). Некоторые окисляемые вещества отдают электроны в цепь на уровне цитохрома с, что создаёт дополнительный расход энергии для синтеза восстановителя. В связи с большим расходом энергии хемосинтезирующие бактерии, за исключением водородных, образуют мало биомассы, но окисляют большое количество неорганических веществ. В биосфере хемосинтезирующие бактерии контролируют окислительные участки круговорота важнейших элементов и поэтому представляют исключительное значение для биогеохимии. Водородные бактерии могут быть использованы для получения белка и очистки атмосферы от CO2 в замкнутых экологических системах. Морфологически хемосинтезирующие бактерии весьма разнообразны, хотя большинство из них относится к псевдомонадам, они имеются среди почкующихся и нитчатых бактерий, спирилл, лептоспир, коринебактерий.

  Лит.: Кузнецов С. И., Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность, Л., 1970; Заварзин Г. А., Литотрофные микроорганизмы, М., 1972; Каравайко Г. И., Кузнецов С. И., Голомзик А. И., Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд, М., 1972.

  Г. А. Заварзин.

Хемосорбция

Хемосо'рбция, химическая сорбция, поглощение жидкостью или твёрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле Х. рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твёрдого тела, т. е. как химическую адсорбцию . При Х. выделяется значительное количество тепла: обычно теплоты Х. лежат в пределах 84—126 кдж/моль (20—30 ккал/моль ), а в некоторых случаях, например при Х. кислорода на металлах, могут превышать 420 кдж/моль (100 ккал/моль ). Подобно химическим реакциям, Х. требует, как правило, значительной энергии активации. Поэтому при повышении температуры Х. ускоряется (т. н. активированная адсорбция). Х. избирательна, т. е. зависит от химического сродства адсорбируемого вещества к поверхности твёрдого тела. Для изучения Х. применяют физические методы: спектроскопию, электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонанс, электронный и ионный проекторы, дифракцию медленных электронов и др. Х. играет большую роль в гетерогенном катализе, очистке газов, вакуумной технике и др.

  Лит. см. при ст. Адсорбция .

  М. У. Кислюк.

Хемостерилизаторы

Хемостерилиза'торы насекомых, химические вещества, обладающие стерилизующим (лишающим способности воспроизводить потомство) действием; используются для биологической борьбы с вредными насекомыми (вызывают генетические и функциональные нарушения в их организме). Делятся на 3 группы. Антиметаболиты (АМ) — метотрексат, аминоптерин, фторурацил и др. химические соединения, которые при попадании в организм насекомого вытесняют нормальные метаболиты в обменных реакциях, нарушают синтез ДНК и РНК в ядрах половых клеток и вызывают стерилизацию главным образом самок. Алкилирующие вещества (АВ) — хлорамбуцил, афолат, афоксид (ТЭФ), его структурные аналоги меТЭФ, тиоТЭФ и др., которые приводят к изменениям в хромосомах половых клеток (многократное их сцепление или разрыв) и вызывают стерильность в основном самцов. Прочие химические соединения — гербициды типа триазонов, ксилогидрохинон, некоторые антибиотики, алкалоиды, отдельные аналоги гормонов насекомых, которые могут быть Х.

  Стерилизация проводится путём нанесения микроколичеств препаратов на покров насекомых (контактное действие) или скармливания с пищей. Для этих целей используют простейшие приспособления (кюветы, цилиндры, коробки и т.п.), в которые помещают марлю или губки, пропитанные специальным раствором, содержащим питательные вещества (сахара, сиропы и т.п.) с добавкой Х. и привлекающего насекомых аттрактанта (вещества со специфическим запахом). Стерилизованных насекомых выпускают в районах массового распространения вредителей. После спаривания стерилизованных самцов с нестерилизованными самками и наоборот яйца нежизнеспособны.

  Способы изучения и практического применения отдельных Х. начали разрабатываться в СССР и др. странах (ЧССР, США, Японии, Великобритании и др.) в 50-х гг. 20 в. Например, в борьбе с комнатной мухой оказались эффективными 5-фторурацил, 0,05—0,1%-ный аминоптерин и его натриевая соль (при введении с кормом). В США Х. были применены для искоренения мухи-каллитроги — главные вредителя рогатого скота (были построены биофабрики по воспроизводству и стерилизации насекомых). Х. применялись также в борьбе с плодовыми мухами, мухой цеце, жигалками, малярийным и др. кровососущими комарами, тараканами, яблоневой плодожоркой, красным цитрусовым клещом и др. видами вредных членистоногих. Многие Х. (группы АВ, АМ, гербициды и др.) оказались токсичными для человека и полезной фауны. В 60-х гг. учёными некоторых стран (ЧССР, Великобритания, ФРГ, Японии и др.) удалось синтезировать гормоны, управляющие процессами развития насекомых; были получены вещества, близкие по своей химической структуре к гормонам — ювенильному (регулятору метаморфоза) и экдизону (регулятору процесса линьки). Особенно перспективны аналоги ювенильного гормона, которые обладают контактным действием, специфичным для определённых семейств насекомых и эффективны в ничтожных дозах (10—100 г на 1 га ); отрицательные действия на теплокровных животных, человека и растения не выявлено.

  Методы стерилизации наиболее эффективны в сочетании с др. средствами борьбы с вредными насекомыми (например, при предварительном сокращении популяции насекомых путём применения инсектицидов).

  Лит.: Ла Брек Ж. К., Смит К., Генетические методы борьбы с вредными насекомыми. (Хемостерилизация насекомых), пер. с англ., М., 1971; Йерми Т., Надь Б.. Генетический метод в борьбе с вредителями растений, в кн.: Биологические средства защиты растений, М., 1974; Химическая защита растений, М., 1974.