В некоторых экосистемах Земли при недостатке солнечного света важную роль в создании первичной продукции играет хемосинтез – синтез органических соединений из неорганических с использованием энергии окисления неорганических веществ.
Хемосинтез открыт российским микробиологом-почвоведом С.Н. Виноградским в 1887г. При хемосинтезе для восстановления СО2 используется энергия окисления неорганических веществ с помощью кислорода (аэробные хемоавтотрофы) или нитратов (анаэробные хемоавтотрофы). К хемоавтотрофам относятся многие прокариоты: железобактерии (Fe+2 окисляется до Fe+3), бесцветные серобактерии (H2S окисляется до S, а S – до SO42–), нитрифицирующие бактерии (NH3 окисляется до NO2–, а NO2– – до NO3–).
Основное значение хемосинтеза заключается в том, что он обеспечивает круговорот важнейших элементов с переменной степенью окисления: железа, серы, азота и других. Круговороту веществ способствует и обратный процесс – анаэробное дыхание с участием неорганических окислителей: окисление органических веществ с помощью SO42– (сульфаты восстанавливаются до серы у анаэробных сульфатредуцирующих бактерий), NO3– (нитраты восстанавливаются до N2 или NH3 анаэробными денитрифицирующими бактериями), трехвалентного железа (Fe+3 восстанавливается до Fe+2 анаэробными железобактериями).