Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. По способу получения необходимых для жизнедеятельности органических веществ все клетки (и живые организмы) подразделяют на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы

Автотрофные организмы способны самостоятельно синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды только источник углерода (CO 2), воду (H 2 O) и минеральные соли.

Автотрофы подразделяются на две группы: фотосинтетики (фототрофы ) и хемосинтетики (хемотрофы ).

Для фотосинтетиков источником энергии для реакций биосинтеза служит солнечный свет. К фототрофам относятся клетки зеленых растений, содержащие хлорофилл, и бактерии, способные к фотосинтезу (например, цианобактерии).

Хемосинтетики используют для синтеза органических веществ энергию, высвобождающуюся в ходе химических превращений неорганических соединений.

Хемосинтез - образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы.

Хемосинтетики - единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света. К ним относятся некоторые виды бактерий:

• железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного:

Fe 2 + \(→\) Fe 3 + \(+\) E ;

• серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты:

H 2 S + O 2 = 2 H 2 O + 2 S + E ,

H 2 S + O 2 = 2 H 2 S O 4 + E ;

• нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотистой и азотной кислот, которые, взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты:

NH 3 \(→\) HNO 2 \(→\) HNO 3 \(+\) E .

Выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия переводится в энергию макроэргических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

Роль хемосинтетиков велика, так как они являются непременным звеном природных круговоротов важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Они разрушают горные породы, участвуют в образовании полезных ископаемых, применяются в очистке сточных вод (серобактерии). Нитрифицирующие бактерии обогащают почву нитритами и нитратами, в форме которых растениями усваивается азот.

Гетеротрофные организмы

Гетеротрофные организмы не могут самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических соединений и нуждаются в их постоянном поглощении извне. Питаясь пищей растительного и животного происхождения, они используют энергию, запасённую в органических соединениях, и строят из полученных веществ собственные белки, липиды, углеводы и другие биополимеры.

К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии.

Сапрофиты (сапротрофы) питаются мертвыми органическими остатками (бактерии гниения, брожения, молочнокислые бактерии, многие грибы).

Третья группа гетеротрофов - голозои . Голозойное питание включает три этапа: поедание, переваривание и всасывание переваренных веществ. Оно чаще наблюдается у многоклеточных животных, имеющих пищеварительную систему. Голозойно питающихся животных можно подразделить на плотоядных , растительноядных и всеядных .

Миксотрофные организмы

Существуют также организмы, способные использовать как автотрофный, так и гетеротрофный способы питания. Такие организмы называют миксотрофы . Это, например, эвглена зеленая, которая на свету является фототрофом, а в темноте - гетеротрофом.

Некоторые растения, например, венерина мухоловка или росянка, способны пополнять нехватку азота ловлей и перевариванием насекомых.

Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами.

Автотрофные организмы образуют так называемую первичную продукцию - биомассу органического вещества, которая в дальнейшем утилизируется другими организмами. К автотрофам относятся некоторые бактерии и все без исключения виды зеленых растений.

Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое "тело" из неорганических соединений. Каскад биохимических реакций, конечным продуктом которых являются белки и другие органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, требует значительных затрат энергии. По способу получения энергии автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Фотоавтотрофные бактерии используют энергию солнечных лучей при синтезе органических веществ из двуокиси углерода по типу фотосинтеза у растений. Важным компонентом уитоплазмы таких микробов являются пигменты: бактериопурпурин, бактериохлорин и др. Основная функция пигментов - поглощение и аккумуляция энергии солнечного света. Наиболее типичными представителями группы фотоавтотрофов являются цианобактерии, пурпурные и зеленые серные бактерии.

Явление хемосинтеза у бактерий было открыто в 1888 г. выдающимся русским микробиологом С.Н. Виноградским (1856-1953), показавшим, что в клетках нитрофицирующих бактерий одновременно могут протекать процессы окисления аммиака в азотную кислоту и двуокиси углерода в различные органические соединения. Такие микроорганизмы стали называть хемоавтотрофами, т.е. получающими энергию в результате химических реакций. Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Единственным источником углерода для хемоавтотрофов служит углекислый газ. К группе хемоавтотрофов относятся бесцветные серные бактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др. Все автотрофные микроорганизмы являются свободноживущими формами и не патогенны для животных и человека.

Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО2 воздуха, но и из органических соединений. Такие бактерии получили название миксотрофы (от лат. mixi - смесь, т.е. смешанный тип питания). В зависимости от способа поглощения азота, микроорганизмы могут подразделяться на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.

Аминоавторофы синтезируют белок из минеральных соединений и из воздуха, это в основном почвенные бактерии. У зеленых растений в основе автотрофного типа питания лежит процесс фотосинтеза. Фотосинтез характерен как для высших растений, так и для водорослей, и, как уже упоминалось, фотосинтезирующих бактерий. Но наибольшего совершенства фотосинтез достиг все-таки у зеленых растений. Что же такое фотосинтез?

Под фотосинтезом понимают процесс образования необходимых для жизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и всех других организмов, сложных органических соединений из простых веществ за счет энергии света, поглощаемой хлорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами. Начало исследованию фотосинтеза положили работы Дж. Пристли, Ж. Сенебье, Я. Ингенхауза.

Дж. Пристли (1733-1804) в 1771 г. показал, что воздух, "испорченный" горением или дыханием, вновь становится пригодным для дыхания под воздействием зеленых растений. Таким образом, было установлено, что зеленые растения способны поглощать углекислый газ (СО2) и выделять кислород (О2).Ж. Сенебье (1742-1809) доказал, что источником углерода для зеленых растений является углекислый газ (СО2), который усваивается ими под влиянием света.Ю. Майер (1814-1878) выдвинул гипотезу, в которой утверждалось, что единственным на Земле аккумулятором солнечной энергии являются растения.

Суммарно процесс фотосинтеза логично выразить таким образом:

6СО2 + 6Н2O - C6H12O6 + 6О2

Во второй половине XIX в. великий русский биолог К.А. Тимирязев открыл, что светопоглощающим элементом растительной клетки является хлорофилл. Хлорофилл входит в структуру хлоропластов. В одной растительной клетке содержится от 20 до 100 хлоропластов. Хлоропласты окружены мембраной, которая содержит большое количество мешочков - так называемых тилакоидов. В тилакоидах содержатся фотохимические центры и компоненты, участвующие в транспорте электронов и образовании аденозиитрифосфорной кислоты (АТФ). Тимирязевым была также доказана прямая зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза.

В 1905 г. появилась гипотеза о том, что фотосинтез может проходить и в темноте. Таким образом, процесс фотосинтеза составляют световая и теневая фазы. Однако биохимические доказательства этого предположения были получены лишь в 1937 г. английским исследователем Хиллом. Изучением световых и теневых реакций подробно занимались немецкий физиолог и биохимик Варбург. Главным итогом данного периода в изучении фотосинтеза является то, что было положено начало представлению о фотосинтезе как об окислительно-восстановительном процессе, где восстановление углекислого газа осуществляется при одновременном окислении донора водорода.

В 1941 г. советские ученые А.П. Виноградов установил, что источником выделяющегося при фотосинтезе кислорода является не углекислый газ, а вода. С середины XX в. изучению фотосинтеза способствовало создание новых методов исследования (изотопная технология, спектроскопия, электронная микроскопия и др.), позволивших вскрыть тонкие механизмы этого процесса. Наиболее значимыми в этот период являются работы отечественных ученых А.Н. Теренина, А.А. Красновского.

Схематично механизм фотосинтеза растений, водорослей, бактерий можно выразить следующим образом:

образование углеводов:

донор Н2 и источник О2 - вода

акцептор Н2 и источник С - СО2

образование аминокислот, белков, пигментов и других соединений:

акцептор Н2 и источник N2 - NO2-4

источник С - SO4-2

Значение фотосинтеза очень огромно. В результате фотосинтеза растительность Земли ежедневно образует более 100 млрд. т органических веществ (около половины приходится на долю растений морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т СО2, и выделяет во внешнюю среду около 145 млрд. т свободного кислорода.

Гетеротрофные организмы

Организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными.

Некоторые автотрофы - фотосинтезирующие зеленые растения - могут усваивать небольшое количество органических соединений. Некоторые растения-хищники (росянка, пузырчатка) используют органические соединения для азотного питания, а углеродное питание осуществляется посредством фотосинтеза. Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах.

В 1933 г. с помощью изотопного метода американские ученые подтвердили, что ярко выраженные гетеротрофы (грибы и бактерии) способны усваивать углерод, поглощая СО2. Для гетеротрофных бактерий источником углерода служат готовые органические соединения: сахара, спирты, молочная, лимонная и уксусная кислоты, а также воск, клетчатка и крахмал. Из микроорганизмов гетеротрофами являются возбудители брожения (спиртового, пропионово - кислого, молочно - кислого и маслянично - кислого), гнилостные и болезнетворные бактерии.

В зависимости от используемого субстрата, гетеротрофные микроорганизмы подразделяются на две обширные группы: мета - и паратрофы. Метатрофы используют органические соединения мертвых субстратов. В эту группу входят в основном гнилостные бактерии. Паратрофы используют органические соединения живых организмов. Именно эти микроорганизмы обычно вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений.

Гетеротрофы в качестве источника азота используют готовые аминокислоты: такой путь питания называют аминогетеротрофным. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Для них характерен голозойный тип питания. Поступление питательных веществ путем диффузии сменяется образованием органов для принятия пищи. Например, у простейших, наряду с так называемым сопрозойным способом питания (всасыванием пищи всей поверхностью клетки), имеется и анимальный способ, т.е. заглатывание питательных веществ псевдоподиями (выпячивание цитоплазмы), ресничками или жгутиками. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система.

Одним из начальных отделов пищеварительной системы является ротовой аппарат. Строение и функция ротового аппарата у животных разнообразно и зависит от вида корма; в основном различают грызущий, перетирающий, сосущий типы ротового аппарата. Животных условно подразделяют на фитофагов (растительноядные) и зоофагов (плотоядные). Однако имеются и промежуточные, или смешанные формы.

Применительно к животным, целесообразнее употреблять термин "пищеварение". Пищеварение - это начальный этап обмена веществ в организме, состоящий в том, что сложные питательные вещества, входящие в состав пищи, распадаются на элементарные частицы, способные к участию в дальнейших этапах обмена веществ. Например, жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, углеводы - до моносахаридов.

Для расщепления сложных веществ в организме животных и человека имеются разнообразные литические ферменты, часть органических веществ расщепляется симбиотическими микроорганизмами (в рубце жвачных и слепой кишке человека). Различают пищеварение в ротовой полости, желудочное и кишечное. В организации процесса переваривания корма у животных и пищи у человека важную роль играют нервная система и железы внутренней секреции. Таким образом осуществляется нервная и гуморальная регуляции пищеварительных процессов.

В ротовой полости пища подвергается механической обработке и действию ряда ферментов, в основном, амипазы и мальтазы. В желудке же пища претерпевает значительное химическое превращение. Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание.

Автотрофные и гетеротрофные организмы, входящие в состав биогенезов, взаимно связаны между собой так называемыми трофическими связями. Значение трофических связей в структуре экологических сообществ очень велико. Благодаря им осуществляется круговорот веществ на Земле.

Автотрофные организмы, ассимилируя неорганические вещества, используя энергию солнечного света или химических реакций, способствуют образованию так называемой первичной продукции - первичной биомассы или органического вещества. Первичная продукция утилизируется гетеротрофными организмами, и значительная роль в этом принадлежит фитофагам, о которых мы упоминали чуть ранее. Фитофаги, в свою очередь, становятся жертвами хищников - зоофагов. Отмершие останки животных и растений вновь превращаются в неорганические вещества, благодаря воздействию абиотических факторов внешней среды, а также организмов-редуцентов и гнилостной микрофлоры.

Автотрофы - живые организмы, производящие (синтезирующие) все необходимые для жизни органические вещества из неорганических. К автотрофам относятся большинство высших растений (кроме лишенных хлорофилла, питающихся за счет других растений), водоросли и некоторые бактерии. Зеленые водоросли и высшие растения содержат хлорофилл, с помощью которого они могут использовать энергию Солнца для синтеза органических веществ из углекислого газа и воды. Автотрофные бактерии образуют органическое вещество за счет энергии химических реакций окисления - хемосинтеза.

Трудно переоценить роль автотрофов в природе: именно они оказываются первичными продуцентами органического вещества, которое затем используется всеми другими живыми организмами - гетеротрофами.

Хотя между автотрофами и гетеротрофами есть принципиальное различие, резкой границы между ними иногда провести не удается (как это часто бывает в природе вообще). Оказывается, многие растения - типичные автотрофы - для нормальной жизнедеятельности могут использовать органические вещества, которые поступают к ним через корни из почвы или из других источников (насекомоядные растения, например росянка). Одноклеточная эвглена на свету зеленая и автотроф, а в темноте бесцветная и гетеротроф.

организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических

АВТОТРОФНЫЕ ОРГАНИЗМЫ , автотрофы (от авто … и троф ), организмы, использующие для построения своего тела углекислый газ в качестве единственного или главного источника углерода и обладающие как системой ферментов для ассимиляции углекислого газа, так и способность синтезировать все компоненты клетки. Некоторые автотрофные организмы могут нуждаться в экзогенных (поступающих извне) витаминах или факторов роста. Автотрофные организмы противопоставляются гетеротрофным организмам , использующим органические вещества. К автотрофным организмам относятся наземные зеленые растения, водоросли, фототрофные бактерии, способные к фотосинтезу, а также некоторые бактерии, использующие окисление неорганических веществ - хемоавтотрофы. Подавляющее большинство автотрофных организмов ассимилируют углекислый газ, через восстановительный пентозофосфатный путь . У некоторых бактерий, например, метанообразующих, углекислый газ ассимилируется другим путем. Обсуждается возможность отнесения к автотрофным организмам бактерий, использующих в качестве источника углерода метан. Автотрофные организмы - первичные продуценты органического вещества в биосфере, образующие первый трофический уровень в сообществах. Роль фотосинтезирующих автотрофных организмов в природе является определяющей, так как они образуют основную массу органического вещества в биосфере. Деятельностью автотрофных организмов определяется как существование всех других организмов, так и ход биогеохимических циклов в круговороте веществ в природе.

См. также:

Хемосинтез

ХЕМОСИНТЕЗ (от хемо ... и греческого synthesis - соединение), тип питания бактерий, основанный на усвоении CO 2 за счёт окисления неорганических соединений. Способные к хемосинтезу аэробные бактерии (водородные, нитрифицирующие, тионовые и др.) усваивают CO 2 так же, как при фотосинтезе (цикл Калвина)...

Трофический уровень

ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ , совокупность организмов, объединяемых типом питания. Представление о трофическом уровне позволяет понять динамику потока энергии и определяющую его трофическую структуру...

Для организмов нашей планеты основным источником энергии является солнечный свет. Незначительно в процессах метаболизма может использоваться тепло вулканического происхождения, энергия из недр земной коры и др. Энергия нужна организмам для синтеза собственных органических веществ из неорганических (автотрофы) или из готовых органических (в гетеротрофов). Одни из них используют для процессов синтеза энергию света - это фототрофные организмы. Другие организмы - хемотрофных - для этого используют энергию химических реакций. Всего за характером питания организмы делятся на такие группы, как автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы.

Автотрофы (от греч. «Авто» - сам и "трофос" - пища, питание ) - организмы, которые способны синтезировать собственные органические вещества из неорганических за счет энергии света (фотоавтотрофы ) или энергии химических реакций (хемоавтотрофы ). Автотрофы, основные продуценты органического вещества в биосфере, обеспечивают существование остальных организмов

миксотрофов (от греч. "Микс" - смешанный и "трофос" - пища, питание ) - организмы, которые имеют смешанный тип питания: на свете - фотосинтезирующие, а при неблагоприятных условиях переходят на усвоение органических соединений. Классическими примерами миксотрофов является эвглена зеленая, много видов диатомовых водорослей, бактерии родов Beggiatoa и Thiothrix и др.

Типы питания организмов

В биологических системах энергия существует в различных формах: химической, электрической, механической, тепловой и световой, которые способны превращаться друг в друга. Универсальным источником энергии в клетке является АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). В макроэргических связях этого соединения аккумулируется химическая энергия, которая освободилась при протекания реакций энергетического обмена. А уже потом энергия АТФ используется для обеспечения в организме различных процессов: химических (для биохимических реакций синтеза), механических (для движения), электрических (для образования нервных импульсов), тепловых (для терморегуляции), световых (для биолюминисценция) и др.

БИОЛОГИЯ + Биолюминесценция (от греч. Биос - жизнь и лат. Люмен - свет ) - видимо свечение живых организмов, связанное с процессами их життсдияльности. Вы или касс в результате ферментативного окисления белков-люциферин с помощью фермента люциферазы. При этом химическая энергия превращается в энергию света. Биолюминсценция очень распространена в природе и наблюдается среди бактерий, грибов, водорослей и животных. Светятся ночесветки и некоторые радиолярии, это явление характерно для глубоководных рыб, которые привлекают с помощью света добычу и используют его для общения (например, в морских удильщиков, бархатночеревои акулы и др. ) , В глубоководных кальмаров, насекомых (например, в светлячков, которые светятся в брачный период ) и др.

Бури на Солнце

Выяснилось, сколько всего видов живых существ на земле Виды живых существ на земле

Вечные вопросы

Что делать, если укусила змея

Стиль и мода

Доисторические животные (41 фото)