Spolu s fotosyntetickými autotrofy existují autotrofy, které při vazbě oxidu uhličitého a syntéze organických látek nevyužívají energii záření, ale energii získanou v důsledku oxidace anorganických sloučenin.
Takové organismy, které jsou schopny růst na minerálních substrátech bez světla, se nazývají chemosyntetické. Je jich relativně málo a všichni jsou to prokaryota. Rysy života chemoautotrofy samy o sobě jsou nesmírně zajímavé, navíc během historie Země měly velmi významný vliv na průběh geochemických procesů.
Podle použitých substrátů se chemosyntetické organismy dělí na: nitrifikační bakterie, železité bakterie, vodíkové bakterie, sirné bakterie a bakterie oxidující antimon.
Nejprve byly izolovány nitrifikační bakterie chemik S.N. Vinogradského (1890 – 1892). Všechny jsou obligátní aerobní a mají negativní Gramovo barvení. Funkčně se dělí na dvě skupiny.
První z nich oxiduje amonium na kyselinu dusitou:
NH4+ +102 -> N02- + n20 + 2H+, AF = -27,6 x 104 J.
Druhým je kyselina dusičná až kyselina dusičná:
N02- + — 02 -> N03-, AF = -7,6 • 104 J.
Při oxidaci amonia vzniká nejprve hydroxylamin (NH2OH), aniž by vznikaly látky obsahující energii, ale ve všech následujících reakcích se syntetizuje ATP.
Nitrifikační bakterie získávají vodík nezbytný pro syntézu organických sloučenin redukcí NAD na NADH. Energie ATP neboli transmembránového potenciálu se vynakládá na tyto účely. Zdrojem uhlíku je CO02, který je vázán během Calvinova cyklu. Energetická účinnost těchto procesů je poměrně vysoká a podle výpočtů může využití volné energie přesáhnout 50 %.
Nitrifikační bakterie vyznačující se nízkou schopností asimilovat exogenní organické látky. Navíc mnoho organických látek (glukóza, glycerin, močovina atd.) dokonce inhibuje růst takových bakterií.
Nitrifikační bakterie jsou rozšířeny v různých vodách a půdě. Aktivně se účastní koloběhu dusíku. Nitrifikační bakterie v přírodě obohacováním půdy o dusičnany, které jsou snadno vstřebatelné kořenovými systémy rostlin, pomáhají zvyšovat úrodnost půdy. Kromě nepochybných výhod však jejich činnost vede ke zvýšení kyselosti půdy. V důsledku denitrifikace se dusičnanové ionty redukují na molekulární dusík, což již vede k ochuzení půdy o sloučeniny dusíku dostupné pro rostliny.
Železné bakterie přijímat energii v důsledku oxidace dvojmocného železa na trojmocné. Přímo či nepřímo může být železo oxidováno nejen autotrofními prokaryoty, ale i některými heterotrofy. Kromě toho jsou některé sirné bakterie spolu se sírou také schopné oxidovat železité železo. Výsledkem jejich činnosti při přeměně sloučenin železa v průběhu milionů let byla kolosální ložiska železné rudy.
Vodíkové bakterie oxidují molekulární vodík. Tato skupina zahrnuje striktní a fakultativní anaeroby, stejně jako povinné aeroby. Anaeroby jsou některé fotosyntetické bakterie, které využívají H2 jako zdroj vodíku, ale k syntéze organické hmoty potřebují sluneční energii, takže chemotrofy nepatří. Jiné bakterie (desulfatační) z molekulárního vodíku získávají energii potřebnou k vázání oxidu uhličitého, ale navíc potřebují hotové organické látky a jsou tedy heterotrofy. Konečně existuje skupina skutečně autotrofních aerobních bakterií, které využívají H2 jako zdroj energie. Protože kromě vodíku používají také molekulární kyslík, nazývají se bakteriemi detonujícího plynu.
Fixace CO2 se také provádí při reakcích Calvinova cyklu a na fosfoenolpyruvát, jehož zdrojem je fosfoglycerát. Jako zdroj uhlíku pro vodíkové bakterie mohou kromě CO2 sloužit i některé organické látky (glukóza, glukonát, acetát, pyruvát atd.). V přítomnosti hotových organických látek v prostředí mohou vodíkové bakterie přejít na heterotrofní typ výživy, přičemž jejich schopnost oxidovat H2 a vázat CO2 klesá. Důvodem je potlačení syntézy složek vodíkového aktivačního systému hydrogenázy a některých enzymů Calvinova cyklu.
Sirné bakterie nachází se ve sladkých a slaných vodách obsahujících sirovodík. Jsou bezbarvé a morfologicky se dělí do tří skupin: vláknité, jednobuněčné s malými buňkami a jednobuněčné s velkými buňkami. Mnoho sirných bakterií vykazuje nápadnou podobnost se sinicemi, pro které je někteří badatelé považují za bezbarvé formy sinic.
Na rozdíl od fototrofních bakterií, které jako zdroj vodíku využívají sirovodík a přijímají energii ze světla, sirné bakterie oxidací různých sirných sloučenin jej uvádějí do molekulárního stavu a uvolněná energie se využívá k asimilaci oxidu uhličitého. Celkově probíhají reakce oxidace substrátu následovně.
Během oxidace sirovodíku:
H2S + ^02 -> H20 + S°, AF = -17,2 x 104 J.
Během oxidace síry a thiosíranu za přítomnosti kyslíku:
S0 + |o2 + H20 H2S04, AF = -49,8 x 104 J.
S2g + 202 + H20SO2 + 4H+, AF = -2 x 88,6 J.
Při oxidaci síry a thiosíranu bez kyslíku pomocí dusičnanů:
5S + 6KN03 + 4NaHC03 -> -> 2Na2S04 + K2S04 + 2C02 + 3N2, 5Na2S203 + 8KNO3 + 2NaHC03 -> 6Na2S04 + 4K2S04 + 4N2 + C02 + H20
Transport elektronů podél řetězce nosičů může mít specifické rysy u různých druhů a závisí na substrátu, který je oxidován. Zdrojem uhlíku pro sirné bakterie je oxid uhličitý, který vážou především při reakcích Calvinova cyklu (jako většina ostatních chemoautotrofů).
Funkční činnost sirné bakterie velmi rozmanité. Vlastnosti se projevují ve specifičnosti oxidovaného substrátu, některé druhy navíc mohou oxidovat nejen sloučeniny síry, ale i jiné anorganické látky, zejména železnaté železo. Takto získaná energie se využívá i pro autotrofní výživu. Schopnost různých druhů asimilovat exogenní organické látky se liší.
Buňky těchto bakterií nemají chlorofyl a způsob, jakým mobilizují energii pro syntézní reakce, se zásadně liší od rostlinných buněk. V těchto buňkách probíhá tzv. chemosyntéza a samotné bakterie jsou chemoautotrofy.
V uzavřených tepelných výměnících a komunikacích zahrnuje znečišťující biocenóza hlen tvořící a vláknité formy, stejně jako sirné a železité bakterie. Mezi sirné bakterie patří bezbarvé vláknité, velké oválné a kulaté bakterie, spirilla.
