Lebewesen nutzen Redoxreaktionen (das Hinzufügen oder Entfernen von Elektronen aus Molekülen oder Molekülteilen, als wichtigste Mittel, um Energie aus verschiedenen Energiequellen aufzunehmen und in chemische Bindungsenergie von Biomolekülen umzuwandeln. Organismen werden entsprechend der Energiequelle, die sie nutzen, und der Redoxreaktionen, die in ihren Energieerzeugungsmechanismen stattfinden, klassifiziert. Die meisten autotrophen Organismen (die sich selbst ernähren) nutzen die Lichtenergie in der Fotosynthese. (Die photosynthetisierenden Organismen, auch Photoautotrophe genannt, sind grüne Pflanzen, Algen und Cyanobakterien.) Eine kleine Gruppe von bakteriellen Arten nutzt spezifische anorganische Reaktionen, um die Energie für ihren Stoffwechsel zu erzeugen. Diese Organismen werden Lithotrophe oder Chemolithotrophe (lithos = Stein) genannt. Chemolithotrophe Organismen kommen in verschiedenen Lebensräumen wie Böden und Süß- und Meerwasser vor und recyceln Elemente in der Biosphäre. Zum Beispiel wandeln nitrifizierende Bakterien Ammoniak und Nitrite in Nitrate um. Nitrifizierende Bakterien tragen zur Bodenfruchtbarkeit als wichtiger Bestandteil des Stickstoffkreislaufs bei. Im Jahr 1977 entdeckten Wissenschaftler ein neues und unerwartetes Habitat im Pazifischen Ozean nordwestlich der Galapagosinseln. In Gebieten um unterseeische heiße Quellen wurden viele zuvor unbekannte Arten gefunden, die in absoluter Dunkelheit lebten. In anderen marinen und terrestrischen Lebensräumen produzieren Photoautotrophe den größten Teil der organischen Nahrung, die für das Tierleben benötigt wird. Aber in diesen heißen Quellen, 2600 Meter unter der Meeresoberfläche, wimmelt es von Leben. Zwei besonders bemerkenswerte Beispiele sind die Riesenmuschel (Calyptogena magnifica) und der Riesentubenwurm (Riftia pachyptila). Welche Bedingungen könnten diese ozeanischen Oasen erklären? Die Forscher haben die heißen Quellen genauer untersucht, die als hydrothermale Austritte oder schwarze Raucher bezeichnet werden, wo durch Risse im Meeresboden dunkle, mineralreiche, nebelige Warmwassersäulen austreten. Das Wasser in den heißen Quellen enthält reichlich Schwefelwasserstoff (H2S). (Bei extremer Hitze und Druck in der Erdkruste wird Sulfat reduziert, um die hochenergetische H-S-Bindung zu bilden.) Das umgebende Wasser enthält große Mengen an sulfidbakteriellen Bakterien, die Energie durch die Oxidation von H2S gewinnen. Diese Organismen sind die Hauptquelle organischer Nahrung für die Gemeinschaft der hydrothermalen Öffnungen. Indem sie H2S zu H2SO4 oxidieren, nutzen die sulfidbakteriellen Bakterien die Energie aus dem Erdinneren, die durch die Bildung von H2S gefangen wird, um CO2 in organische Nährstoffe umzuwandeln. Um von diesem Prozess zu profitieren, haben verschiedene Tiere der Öffnungen endosymbiotische Beziehungen zu den sulfidbakteriellen Bakterien entwickelt. Eines der am meisten erforschten Beispiele ist R. pachyptila. Der Riesentubenwurm besteht hauptsächlich aus einem langen, dünnen Sack, der mit einem gefiederten Kiemenkranz verbunden ist. Er hat weder Mund noch Verdauungstrakt. Die Moleküle von H2S, O2 und etwas Ca werden durch den gefiederten Kiemenkranz aufgenommen und über das Blut, das an das Transportprotein Hämoglobin gebunden ist, zu den Geweben transportiert. Das Trophosom, das Organ der Redoxreaktionen (Energieerzeugung), ist das herausragendste Organ des Tieres. Es wird von einer großen Anzahl von Schwefeloxidierenden Bakterien besiedelt. Bei kontinuierlicher Versorgung mit H2S, O2 und Ca durch das Kreislaufsystem des Riesentubenwurms liefern die sulfidbakteriellen Bakterien die organischen Nährstoffe, die für das Wachstum und die Entwicklung des Wurms benötigt werden.