この項目では、無機化合物がもつエネルギーの生物学的な消費について説明しています。分子ナノテクノロジーにおける化学合成については「化学合成 (ナノテクノロジー) （英語版 ）
Venenivibrio stagnispumantis 生化学 において、化学合成 （かがくごうせい、英 : chemosynthesis ）とは、一つかそれ以上の炭素含有分子（一般に二酸化炭素 やメタン ）と栄養素を生物学的に有機物に変換することであり、エネルギー源として、光合成 のような太陽光ではなく、無機化合物（水素 ガス、硫化水素 など）または第一鉄 イオンの酸化 を利用するものである。化学合成によって二酸化炭素から炭素を得る生物 である化学合成独立栄養生物 は系統学的に多様である。著名な分類群あるいは生物地球化学的に重要な分類群として、硫黄酸化細菌 ガンマプロテオバクテリア 、イプシロンプロテオバクテリア 、水素酸化細菌 アクウィフェクス 、メタン生成古細菌 、好中球性鉄酸化細菌 が含まれる。
海洋深部に生息する多くの微生物は、化学合成を行って単一の炭素分子からバイオマス を生産している。その仕組みは2つのカテゴリーに分けることができる。水素分子（H2 ）を利用できるまれな場所では、CO2 とH2 の反応（メタン、CH4 の生成につながる）から得られるエネルギーが、バイオマスの生成を推進するのに十分な大きさになりうる。あるいは、ほとんどの海洋環境では、化学合成のためのエネルギーは、硫化水素 やアンモニア などの物質が酸化される反応から得られる。これは酸素の有無にかかわらず起こる可能性がある。
化学合成微生物の多くは、海洋で他の生物によって消費され、化学合成生物 と呼吸する従属栄養生物 との共生 関係は極めて一般的である。熱水噴出孔 、メタンクラスレート 、冷水湧出帯 、鯨骨生物群集 、隔離された洞窟水 では、化学合成による二次生産 によって動物の大規模な個体群が維持されることがある。
火星 や、木星 の月エウロパ 、およびその他の惑星の地下では、嫌気性化学合成が生命を支えているという仮説がある[ 1] 細胞呼吸 や光合成の先導役となった可能性がある。
ジャイアントチューブワーム は、栄養体部（トロフォソーム） （英語版 ） 炭素を固定 し（硫化水素を電子源として、酸素[ 2] 硝酸塩 をエネルギー源とする）、糖やアミノ酸 を生産する[ 3]
硫化水素を用いた炭水化物の化学合成:[ 4] 18H 2 S 2 + 3O 2 → C6 H 12 O6 (炭水化物 ) + 12H 2 O S 硫化水素の化学合成は、光合成 のように二酸化炭素を固定しながら酸素ガスを放出するのではなく、その過程で硫黄 の小球体を生成する。紅色硫黄細菌 [ 5]
ジャイアントチューブワーム（ガラパゴスハオリムシ 、Riftia pachyptila ）には、腸の代わりに化学合成細菌を含む器官をもっている。 1890年、セルゲイ・ヴィノグラドスキー は、「anorgoxydant」という新しい種類の生命過程を提唱した。彼の発見は、いくつかの種の微生物が無機物だけで生きられることを示唆しており、1880年代にストラスブール とチューリッヒ で硫黄細菌、鉄細菌、窒素細菌を生理学的に研究する過程で明らかになった。
1897年、ヴィルヘルム・ペッファー は、無機物の酸化によるエネルギー生成と独立栄養生物 による二酸化炭素同化 とを結びつけて「化学合成（chemosynthesis ）」という言葉を作り出したが、これは今日では「化学独立栄養成長（chemolithoautotrophy ）」と呼ばれている。その後、この用語は、二酸化炭素を同化するために有機エネルギー基質を使用する生物である化学有機合成独立栄養生物（chemoorganoautotrophs ）を含むようにも拡大されることになった[ 6] chemosynthesis ）は化学合成独立栄養 （chemoautotrophy ）の同義語と見なすことができる。
1940年代に、アンドレ・ルヴォフ によって導入された「化学物質栄養（chemotrophy ）」という用語はさらに制限が少なく、有機物か否かを問わず、電子供与体の酸化によるエネルギー生産をいい、自己栄養または従属栄養（他栄養）と関連するものである[ 7] [ 8]
東太平洋海嶺で微生物が化学合成を行う熱水噴出孔。エビ、スクワットロブスター、ベントムール貝など、熱水噴出孔には複雑な動物相が存在する。
ヴィノグラドスキーの提案は、深海 熱水噴出孔の存在が予測されて約90年後の1970年代になって確認された。1977年、世界初の深海調査艇アルビン号 は、ガラパゴス海溝 （英語版 ） コリーン・キャヴァナー （英語版 ） チューブワーム が生き残るための機構として、硫化物または硫黄元素を酸化する化学合成細菌を提案した。後にキャヴァナーは、これがチューブワームが実際に生存するための方法であることを確認し、化学合成の発見として広く認められた[ 9]
2004年、ビル・ナイ が司会を務めたテレビ番組シリーズで、化学合成が「偉大な100の科学的発見」の一つに選ばれた[ 10] [ 11]
2013年、研究者たちは、構造プレート の端に沿って形成される熱水噴出孔とは別に、堆積物の厚い層の下にある海洋地殻 の岩石中に生息している細菌を発見したと報告した。暫定的調査結果では、これらの細菌は、海洋地殻を構成する玄武岩 を貫く小さな鉱脈を循環している海水が、カンラン石 を化学還元して生じる水素を食べて生きていることが分かった。この細菌は、水素と二酸化炭素を結合してメタンを合成する[ 12]
栄養的分類 - 生物（特に微生物）の増殖、生育条件による分類法化学合成生物 - 環境中の電子供与体を酸化することでエネルギーを得る生物
独立栄養生物 - 光合成や無機化学反応のエネルギーを用い、単純な無機化合物から、複雑な有機化合物を産生する生物従属栄養生物 - 自ら食物を生産することができず、他の有機炭素源（主に植物や動物）から栄養を摂取する生物光合成 - 生物が光エネルギーを化学エネルギーに変換し、生物の活動に必要なエネルギーに変換するプロセス炭素固定 - 生物によって無機炭素（特に二酸化炭素）が有機化合物に変換される過程モビラ洞窟 - 硫化水素と二酸化炭素を豊富に含み、酸素が少ないという特異な地下水生態系を特徴とする洞窟 (ルーマニア)
^ Julian Chela-Flores (2000): "Terrestrial microbes as candidates for survival on Mars and Europa", in: Seckbach, Joseph (ed.) Journey to Diverse Microbial Worlds: Adaptation to Exotic Environments , Springer, pp. 387–398. ISBN 0-7923-6020-6 ^ Schmidt-Rohr, Klaus (2020). “Oxygen Is the High-Energy Molecule Powering Complex Multicellular Life: Fundamental Corrections to Traditional Bioenergetics” . ACS Omega 5 (5): 2221–2233. doi :10.1021/acsomega.9b03352 . ISSN 2470-1343 . PMC 7016920 . PMID 32064383 . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7016920/ . ^ Biotechnology for Environmental Management and Resource Recovery ISBN 978-81-322-0876-1 . https://books.google.com/books?id=rYJEAAAAQBAJ&pg=PA179 ^
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