АВТОТРОФНОЕ ПИТАНИЕ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТАДИИ, ВИДЫ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Автотрофное питание представляет собой процесс , который происходит в автотрофных организмах, в которых, из неорганических веществ, необходимые соединения производятся для поддержания и развития этих живых существ. В этом случае энергия исходит от солнечного света или некоторых химических соединений.

Например, растения и водоросли являются автотрофными организмами, поскольку производят собственную энергию; им не нужно питаться другими живыми существами. Напротив, травоядные, всеядные или хищные животные являются гетеротрофами.

Автотрофное питание. Источник: pixabay.com

Принимая во внимание тип источника, используемого в процедуре питания, существуют фотоавтотрофные и хемоавтотрофные организмы. Первые получают свою энергию от солнечного света и представлены растениями, водорослями и некоторыми фотосинтезирующими бактериями.

С другой стороны, хемоавтотрофы используют различные восстановленные неорганические соединения, такие как молекулярный водород, для выполнения процедур, которые позволяют им получать питательные вещества. Эта группа состоит из бактерий.

характеристики

- Преобразование энергии

Первый принцип термодинамики гласит, что энергия не разрушается и не создается. Он претерпевает преобразования в другие виды энергии, отличные от первоначального источника. В этом смысле при автотрофном питании химическая и солнечная энергия преобразуется в различные побочные продукты, такие как глюкоза.

- Передача энергии

Автотрофное питание характерно для автотрофных существ, составляющих основу всех пищевых цепей. В этом смысле энергия передается от автотрофов основным потребителям, которые их потребляют, а затем хищникам, которые пожирают основных потребителей.

Таким образом, растение как автотрофный организм или организм-продуцент является основной пищей оленя (первичный потребитель) и горного льва (вторичный потребитель), оно охотится и поедает оленей. Когда лев умирает, на разложившееся вещество действуют микроорганизмы и бактерии, и энергия снова возвращается в землю.

В гидротермальных жерлах автотрофные бактерии являются организмом-продуцентом пищевой сети. Мидии и улитки - основные потребители, питающиеся бактериями. В свою очередь осьминог включает этих моллюсков в свой рацион.

- Специализированные конструкции и вещества

Хлоропласты

Хлоропласт

Хлоропласты - это овальные органеллы, обнаруженные в клетках растений и водорослей. Они окружены мембранами и внутри них происходит процесс фотосинтеза.

Две окружающие их перепончатые ткани имеют непрерывную структуру, которая их разделяет. Внешний слой проницаемый из-за наличия поринов. Что касается внутренней мембраны, то в ней содержатся белки, отвечающие за транспорт веществ.

Внутри есть полость, известная как строма. Есть рибосомы, липиды, гранулы крахмала и кольцевая двухцепочечная ДНК. Кроме того, у них есть мешочки, называемые тилакоидами, мембраны которых содержат фотосинтетические пигменты, липиды, ферменты и белки.

Фотосинтетические пигменты

Эти пигменты поглощают энергию солнечного света, которая затем обрабатывается фотосинтетической системой.

Хлорофилл

Хлорофилл

Хлорофилл - это зеленый пигмент, который состоит из кольца хромопротеина, называемого порфирином. Вокруг него электроны свободно перемещаются, в результате чего кольцо может приобретать или терять электроны.

Из-за этого у него есть потенциал для передачи электронов другим молекулам. Таким образом, солнечная энергия улавливается и передается другим фотосинтетическим структурам.

Есть несколько типов хлорофилла. Хлорофилл А содержится в растениях и водорослях. Тип b содержится в растениях и зеленых водорослях. С другой стороны, хлорофилл c присутствует в динофлагеллятах, а тип d - у цианобактерий.

Каротиноиды

Как и другие фотосинтетические пигменты, каротиноиды улавливают световую энергию. Однако, помимо этого, они способствуют рассеиванию избыточного поглощенного излучения.

Каротиноиды не могут напрямую использовать световую энергию для фотосинтеза. Они передают поглощенную энергию хлорофиллу, поэтому считаются дополнительными пигментами.

Экстремальные условия

Тихоходки - тип, известный своей способностью выживать в очень суровых условиях. Источник: Уиллоу Габриэль, лаборатория Голдштейна, через Wikimedia Commons.

Многие хемоавтотрофы, включая нитрифицирующие бактерии, распространены в озерах, морях и на суше. Однако некоторые другие, как правило, живут в каких-то необычных экосистемах, где есть химические вещества, необходимые для окисления.

Например, бактерии, обитающие в действующих вулканах, окисляют серу для получения пищи. Кроме того, в национальном парке Йеллоустоун в США есть бактерии, обитающие в горячих источниках. Кроме того, некоторые живут глубоко в океане, недалеко от гидротермальных источников.

В этой области вода просачивается через расщелину в горячих камнях. Это приводит к включению в морскую воду различных минералов, в том числе сероводорода, который используется бактериями для хемосинтеза.

Этапы автотрофного питания

В целом автотрофное питание развивается в три фазы. Эти:

Мембранный проход и захват энергии

В этом процессе восстановленные неорганические молекулы, такие как аммиак, и простые неорганические молекулы, такие как соли, вода и диоксид углерода, проходят через полупроницаемую клеточную мембрану, не заставляя клетку тратить энергию.

С другой стороны, у фотоавтотрофных организмов улавливается световая энергия, которая является источником, используемым для осуществления процесса фотосинтеза.

метаболизм

Во время автотрофного питания в цитоплазме клетки протекает комплекс химических реакций. В результате этих процессов получается биохимическая энергия, которая будет использоваться клеткой для выполнения своих жизненно важных функций.

Экскреция

Эта заключительная фаза состоит из удаления через полупроницаемую клеточную мембрану всех продуктов жизнедеятельности, которые возникают в результате метаболизма пищевых продуктов.

Типы

Принимая во внимание тип используемого источника энергии, автотрофное питание подразделяется на два типа: фотоавтотрофное и химиоавтотрофное.

фотоавтотрофов

Фотоавтотрофы - это организмы, которые получают энергию для создания органических соединений из солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. К этой группе относятся зеленые водоросли, растения и некоторые фотосинтезирующие бактерии.

Фотосинтез происходит в хлоропластах и ​​имеет две фазы. Первый - легкий. При этом происходит диссоциация молекулы воды, для чего используется световая энергия. Продуктом этой фазы являются молекулы АТФ и НАДФН.

Эта химическая энергия используется на второй стадии процесса, известной как темная фаза. Это происходит в строме хлоропластов и получило такое название, потому что для протекания химических процессов не требуется световая энергия.

НАДФН и АТФ, продукты легкой фазы, используются для синтеза органических веществ, таких как глюкоза, с использованием диоксида углерода, сульфатов, нитритов и нитратов в качестве источника азота.

Хемоавтотрофы

Nitrobacter - это род хемотрофных бактерий.

Хемоавтотрофные организмы, представленные бактериями, способны использовать восстановленные неорганические соединения в качестве основы для респираторного метаболизма.

Так же, как фотоавтотрофы, эта группа использует диоксид углерода (CO2) в качестве основного источника углерода, который таким же образом ассимилируется в реакциях цикла Кальвина. Однако, в отличие от них, хемоавтотрофы не используют солнечный свет в качестве источника энергии.

Энергия, которая им требуется, является продуктом окисления некоторых восстановленных неорганических соединений, таких как молекулярный водород, двухвалентное железо, сероводород, аммиак и различные восстановленные формы серы (H2S, S, S2O3-).

В настоящее время хемоавтотрофы обычно встречаются в глубокой воде, где почти нет солнечного света. Многие из этих организмов должны жить вокруг вулканических жерл. Таким образом, окружающая среда достаточно теплая, чтобы метаболический процесс происходил с высокой скоростью.

Примеры живых существ с автотрофным питанием

Растения

За некоторыми исключениями, такими как венерина мухоловка (Dionaea muscipula), которая может ловить и переваривать насекомых под действием ферментов, все растения являются исключительно автотрофными.

Зеленые водоросли

Зеленые водоросли - это парафилетическая группа водорослей, которые тесно связаны с наземными растениями. В настоящее время существует более 10 000 различных видов. Обычно они живут в различных пресноводных средах обитания, хотя их можно найти в некоторых морях на планете.

В эту группу входят такие пигменты, как хлорофиллы а и b, ксантофиллы, β-каротин и некоторые резервные вещества, например крахмал.

Примеры:

- Ulva lactuca, известная как ламилла, - это зеленые водоросли, произрастающие в приливной зоне подавляющего большинства океанов. У него особенно длинные листья с загнутыми краями, которые придают ему вид салата.

Этот вид входит в группу съедобных водорослей. Кроме того, он используется в косметической промышленности при производстве увлажняющих средств.

- Volvox aureus обитает в пресной воде, образуя сферические колонии размером примерно 0,5 миллиметра. Эти кластеры состоят из примерно 300–3200 ячеек, связанных между собой плазменными волокнами. Крахмал накапливается в хлоропластах, и они содержат фотосинтетические пигменты, такие как хлорофилл a, b и ß-каротин.

Цианобактерии

Цианобактерии ранее были известны под названиями хлороксибактерий, сине-зеленых водорослей и сине-зеленых водорослей. Это потому, что он содержит пигменты хлорофилла, которые придают ему зеленый оттенок. Кроме того, они имеют морфологию, похожую на морфологию водорослей.

Это тип бактерий, состоящий из единственных прокариот, способных использовать солнечный свет в качестве энергии и воду в качестве источника электронов для фотосинтеза.

Железные бактерии (

Бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans получают энергию из двухвалентного железа. В этом процессе нерастворимые атомы железа в воде превращаются в растворимую в воде молекулярную форму. Это позволило использовать этот вид для извлечения железа из некоторых минералов, которые нельзя было удалить обычным способом.

Бесцветные серные бактерии

Эти бактерии превращают сероводород, продукт разложения органических веществ, в сульфат. Это соединение используется растениями.

Ссылки

1. Бойс А., Дженкинг С.М. (1980) Автотрофное питание. В кн .: Метаболизм, движение и контроль. Восстановлено с link.springer.com.
2. Британская энциклопедия (2019). Автотрофный метаболизм. Получено с britannica.com
3. Ким Ратледж, Мелисса МакДэниел, Дайан Будро, Тара Рамруп, Сантани Тенг, Эрин Спраут, Хилари Коста, Хилари Холл, Джефф Хант (2011). Автотроф. Получено с сайта nationalgeographic.org.
4. Ф. Сейдж (2008). Автотрофы. Восстановлено с sciencedirect.com.
5. Манрике, Эстебан. (2003). Фотосинтетические пигменты - нечто большее, чем просто захват света для фотосинтеза. Получено с сайта researchgate.net.
6. Мартина Альтидо (2018). Типы питания бактерий. Получено с sciencing.com.