主な違い – 化学合成と光合成の違い
化学合成と光合成は、生物が自分自身の食物を生産する2つの主要な生産メカニズムです。
どちらも二酸化炭素と水からグルコースのような単糖を生成するプロセスです。
化学合成と光合成の主な違いは、化学合成が化学反応から生じるエネルギーによって細胞内の有機化合物を合成するプロセスであるのに対し、光合成は太陽光から得られるエネルギーによって有機化合物を合成するプロセスである点です。
今回は、このことについて見ていきます。
- 化学合成とは
– 定義、特徴、プロセス - 光合成とは
– 定義、特徴、プロセス - 化学合成と光合成の違いとは？
ケモシンセシスとは
化学合成とは、無機化合物を酸化して得たエネルギーを用いて、有機化合物を合成することである。
化学合成は、太陽光のない深海の熱水噴出孔などで行われる。
熱水噴出孔に生息する生物は、海底から湧き出る無機化合物をエネルギー源として、食料を生産している。
そのため、熱水噴出孔は、化学合成によって落ちてくる餌に依存する動物の分布もまばらで、バイオマスの高い場所です。
化学合成は、主に海底に生息する微生物によって行われ、微生物マットを形成しています。
マットの上には、それを食べるスカロワーム、リムペット、カタツムリなどのgrazersが見られる。
捕食者がやってきて、これらの草食動物も食べてしまう。
チューブワームのような動物は、化学合成細菌と共生しているのが見られる。
図1は、熱水噴出孔のそばにいる巨大なチューブワームの写真です。
：図1 熱水噴出孔に隣接する巨大チューブワーム
化学合成細菌は、硫化水素または水素ガスの化学結合に蓄えられたエネルギーを利用して、溶存する二酸化炭素と水からブドウ糖を生産する。
硫化水素が化学合成に利用される化学反応は以下の通りです。
12H2S + 6CO2 → C6H12O6（グルコース） + 6H2O + 12S
化学合成を行う生物を化学栄養生物と呼ぶ。
化学合成を行う生物を化学栄養生物と呼び、化学有機栄養生物と化学石器栄養生物に分類される。
ケモリソトロフは、硫化水素、アンモニウムイオン、鉄イオン、元素状硫黄などの無機化学物質から電子を利用する。
鉄バクテリアのAcidithiobacillus ferrooxidans、硝化細菌のNitrosomonas、硝化細菌のNitrobactor、硫黄酸化プロテオバクテリア、Aquificaeles、メタン生成アーキアなどがケモリソトロフの例としてあげられる。
光合成とは
光合成は、緑色植物や藻類が太陽光をエネルギー源として、ブドウ糖を二酸化炭素と水に合成する過程です。
この過程には、クロロフィルという色素が関与しています。
植物では、光合成は葉緑体という特殊なプラスチックスで行われる。
高等植物では、光合成を効率的に行うために、より多くのクロロフィルを含む葉で構成されています。
図2: 光合成をする葉
光合成には、酸素系光合成と無酸素系光合成の2種類があります。
酸素系光合成はシアノバクテリアや藻類、植物で行われ、無酸素系光合成は紫イオウ菌や緑イオウ菌で行われます。
酸素光合成では、電子が水から二酸化炭素に移動します。
その結果、水が酸化され、二酸化炭素が還元され、ブドウ糖が生成される。
したがって、酸素光合成の電子供与体は水です。
酸素光合成では、酸素ガスが副産物として発生します。
一方、無酸素光合成では、副産物として酸素は発生しません。
電子供与体は可変で、硫化水素であったりする。
酸素系光合成と無酸素系光合成の化学反応を以下に示す。
酸素による光合成。
6CO2 + 12H2O + 光エネルギー → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
無酸素光合成を行う。
CO2＋2H2S＋光エネルギー → [CH2O] ＋ 2S ＋ H2O
光合成を行う生物を従属栄養生物（phototrophs）と呼ぶ。
光合成を行う生物を従属栄養生物と呼びますが、従属栄養生物には、光独立栄養生物と光従属栄養生物があります。
光独立栄養生物は二酸化炭素を炭素源とし、光従属栄養生物は有機炭素を炭素源とします。
緑色植物、シアノバクテリア、藻類などが光独立栄養生物で、Rhodobactorなどの細菌が光従属栄養生物に分類されます。
化学合成と光合成の違い
エネルギー源
化学合成。
化学合成のエネルギー源は、硫化水素などの無機化学物質に蓄えられた化学エネルギーです。
光合成。
光合成のエネルギー源は、太陽光です。
エネルギー変換
化学合成。
無機化合物に蓄えられた化学エネルギーを、化学合成によって有機化合物に蓄える。
光合成 光合成：光エネルギーが化学エネルギーに変換される。
生物
化学合成を行う。
化学合成を行う生物を総称して化学栄養生物と呼ぶ。
光合成を行う。
光合成を行う生物を総称して光栄養生物と呼ぶ。
関与した色素
化学合成。
化学合成に関与する色素はない。
光合成 クロロフィル、カロテノイド、フィコビリンが光合成に関与する色素です。
関与したプラスティド
化学合成。
化学合成：プラスティドは化学合成に関与しない。
光合成を行う。
光合成の反応は細胞内に集中しており、植物には葉緑体が存在する。
副生成物としての酸素
化学合成のこと。
副産物として酸素ガスは発生しない。
光合成を行う。
光合成の際に副産物として酸素が放出される。
全生物圏エネルギーへの貢献度
化学合成。
化学合成は、全生物圏エネルギーへの寄与度が低い。
光合成。
光合成は、生物圏全体のエネルギーに対する貢献度が高い。
カテゴリー
化学合成。
化学栄養生物には、化学有機栄養生物と化学石器栄養生物があります。
光合成。
光独立栄養生物と光従属栄養生物の2種類に分類される。
プレゼンス
ケモシンセシス 化学合成は、Acidithiobacillus ferrooxidans、Nitrosomonas、Nitrobacter、硫黄酸化プロテオバクテリア、Aquificaeles、メタン生成アーキアなどの細菌に見られる。
光合成 光合成は、緑色植物、シアノバクテリア、藻類、ロドバクター属の細菌に見られる。
結論
化学合成と光合成は、生物の間で見られる2種類の一次生産です。
化学合成と光合成は、地球上のすべての生命体の燃料となっている。
化学合成生物も光合成生物も、二酸化炭素と水を利用して、有機化合物を食物として生産する。
化学合成は、無機化合物に蓄えられた化学エネルギーを利用して、グルコースのような単糖を生成する。
太陽光が届かない深海の熱水噴出孔に生息する動物の多くは、この化学合成を主なエネルギー源としている。
一方、光合成は、太陽の光エネルギーを使ってブドウ糖を生産する。
化学合成は主に細菌が行っており、海底で単独で生活しているものと、チューブワームなどの動物の体内で内蔵を入れ替えて生活している共生体があります。
陸上植物は、地球上のほとんどの食物連鎖の一次生産者です。
しかし、化学合成と光合成の主な違いは、そのエネルギー源です。
参考にしてください。
1. 全米研究会議（米国）生物学の研究機会に関する委員会. “Ecology and Ecosystems”. Opportunities in Biology. 米国国立医学図書館, 01 Jan. 1989. Web. 03 Apr. 2017.
2. 全米研究会議（米国）海洋研究委員会. “Achievements in Biological Oceanography”. 50 Years of Ocean Discovery: 全米科学財団 1950-2000. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1970. Web. 03 Apr. 2017.
3. Cooper, Geoffrey M. “Photosynthesis.”. The Cell: A Molecular Approach. 第2版. 米国国立医学図書館、1970年1月1日。
