FOTOAUTOTROFY: CHARAKTERYSTYKA I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2024

W photoautotrophs lub organizmy fototropowy zależy światło jako źródła energii i sprawiają, że cząsteczki organiczne z cząsteczek nieorganicznych. Ten proces jest znany jako fotosynteza i ogólnie rzecz biorąc, te istoty stanowią podstawę łańcucha pokarmowego.

Najważniejszym źródłem energii do życia jest światło słoneczne, które pada na powierzchnię ziemi. Energia świetlna jest wychwytywana podczas fotosyntezy. Podczas tego procesu energia jest absorbowana przez chlorofil i inne pigmenty, a następnie przekształcana w energię chemiczną.

Rośliny są organizmami fotoautotroficznymi (zdjęcie z Free-Photos na www.pixabay.com)

Fotoautotrofy na ogół wykorzystują energię światła do przekształcania CO2 i wody w cukry, które są podstawą dla tysięcy cząsteczek organicznych. Cukry te mogą być przyswajane przez większość żywych organizmów, nie tylko przez fotoautotrofy.

Słowo „fotoautotroph” pochodzi od trzech słów zaczerpniętych z łaciny, które mają różne znaczenia. Słowo zdjęcie, które oznacza „światło”, słowo samochód, które oznacza „własne” oraz słowo trofos, co oznacza „odżywianie”.

Termin „fotoautotrof” obejmuje wiele różnych grup organizmów żywych, w tym niektóre gatunki bakterii i pierwotniaków, wszystkie rośliny, algi i porosty. Ponadto istnieje wyjątkowy gatunek zwierząt, który łączy cechy fotoautotroficzne i heterotroficzne.

Charakterystyka fotoautotrofów

Obowiązkową cechą organizmów fotoautotroficznych jest obecność światłoczułych pigmentów. Pigment światłoczuły to cząsteczka zdolna do odbierania i absorbowania energii świetlnej w postaci fotonów.

Fototrofy mają zdolność pochłaniania i zamiany energii świetlnej (ze światła) na energię chemiczną. Energia ta jest magazynowana w cząsteczkach organicznych w wyniku metabolicznego procesu fotosyntezy.

Większość istot fotoautotroficznych i fotosyntetyzujących posiada cząsteczki chlorofilu, ponieważ jest to główny pigment odpowiedzialny za przeprowadzenie początkowych etapów fotosyntezy. Ze względu na obecność chlorofilu prawie wszystkie fotoautotrofy mają kolor zielony.

Fotoautotrofia występuje w organizmach jednokomórkowych, takich jak cyjanobakterie i niektóre pierwotniaki, lub w makroskopowych organizmach wielokomórkowych, takich jak algi, porosty i rośliny.

Organizmy fotoautotroficzne są rozproszone praktycznie we wszystkich ekosystemach, a ich wielkość jest bardzo zmienna, ponieważ mogą być tak małe jak Euglena lub tak duże jak gigantyczna sekwoja.

Z wyjątkiem Antarktydy rośliny pokrywają prawie całą powierzchnię ziemi i są głównymi przedstawicielami organizmów fotoautotroficznych. W obrębie roślin występuje bogata różnorodność form, wyjątkowo i doskonale przystosowanych do wszystkich klimatów i ekosystemów lądowych.

Przykłady organizmów fotoautotroficznych

Istnieje duża różnorodność żywych istot fotoautotroficznych, ponieważ jest to adaptacja, która dała organizmom, które ją nabyły, zdolność do przetrwania w dowolnych warunkach i ekosystemie, o ile są w obecności światła.

- Cyjanobakteria

Sinice (źródło: Patrioter6 at en.wikibooks via Wikimedia Commons)

Sinice lub oxyphotobacteria należą do domeny prokariotycznej. Są organizmami jednokomórkowymi, mają chloroplasty, a zatem są zdolne do fotosyntezy. Błony wewnętrzne tych gatunków mają podobne do tylakoidów „blaszki fotosyntetyzujące” w chloroplastach roślin.

Wszystkie cyjanobakterie mają chlorofil A i pigmenty biliproteiczne, takie jak fikobiliny lub fikocyjaniny. Połączenie tych pigmentów wewnątrz komórek cyjanobakterii nadaje im charakterystyczny niebiesko-zielony kolor.

Organizmy te są rozproszone po całej biosferze i są typowe dla jezior, stawów, wilgotnych gleb i rozkładającej się mokrej materii organicznej. Są ogólnikami, ponieważ ich fotoautotrofia pozwala im zrezygnować z niektórych zbyt specyficznych warunków, potrzebujących tylko światła słonecznego.

- Pierwotniaki

Zdjęcie gatunku Volvox (źródło: craigpemberton za pośrednictwem Wikimedia Commons)

W obrębie fotoautotroficznych pierwotniaków znajdują się euglena. Wszystkie te organizmy są mikroskopijne, wiciowate i zaliczane do grupy Mastigophora.

W wielu przypadkach Euglenidae klasyfikowano jako jednokomórkowe glony. Jednak ostatnie badania wykazały, że oprócz odżywiania się w procesie fotosyntezy, mogą wykorzystywać niektóre substancje w środowisku poprzez pinocytozę.

Euglenidae żyją na wolności, żyją w wodach słodkich (kilka gatunków jest słonych) i przeważnie są samotnikami. Mają różnorodne kształty i mogą być wydłużone, kuliste, jajowate lub lancetowate.

Ponieważ są fotosyntetyzowane, mają pozytywny fototaktyzm (są wrażliwe na bodźce świetlne) i mają u podstawy wici przedniej, która działa jak fotoreceptor energii świetlnej.

Euglenidae są również fotoautotrogosami (źródło: David J. Patterson via Wikimedia Commons)

Jako barwniki fotosyntetyczne zawierają chlorofil A i B, fikobiliny, β-karoteny oraz ksantofile typu neoksantyny i diadinoksantyny. W wielu przypadkach Euglenidae nie zaspokajają wszystkich swoich potrzeb żywieniowych poprzez fotosyntezę, dlatego muszą przyjmować witaminę B1 i B12 ze środowiska.

- Porosty

Porosty są definiowane przez symbiotyczny związek między glonami i grzybami; dlatego są zarówno organizmami heterotroficznymi (przez grzyby), jak i fotoautotroficznymi (przez algi).

Skojarzenie między tymi dwoma typami organizmów jest korzystne dla obu, ponieważ glony mogą wykorzystać podłoże zapewniane przez grzyby do wzrostu; podczas gdy grzyb może odżywiać się cukrami wytwarzanymi przez algi w procesie fotosyntezy.

Porosty nie odpowiadają grupie taksonomicznej, ale zazwyczaj są klasyfikowane zgodnie z rodzajem grzyba symbiotycznego. Wszystkie grzyby tworzące porosty należą do gromady Ascomycota w królestwie Grzybów.

- Jednokomórkowe glony, rośliny i glony makroskopowe

Glony jednokomórkowe są prawdopodobnie najliczniejszymi organizmami fotoautotroficznymi w ekosystemach wodnych; podczas gdy rośliny są najliczniejszymi makroorganizmami w ekosystemach lądowych.

Zarówno glony, jak i rośliny potrzebują wody i dwutlenku węgla, aby przeprowadzić fotosyntezę i być w stanie zaspokoić swoje potrzeby żywieniowe.

Jednokomórkowe glony

Jeśli weźmiesz trochę wody z jakiejkolwiek kałuży, jeziora, laguny, rzeki, morza lub jakiegokolwiek innego akwenu i obserwujesz to pod mikroskopem, znajdziesz miliony maleńkich wiciowców o zielonym kolorze, z których większość to z pewnością jednokomórkowe glony. .

Prawie wszystkie jednokomórkowe glony mają jedną lub więcej wici i są na ogół wolnożyjące, chociaż istnieją gatunki żyjące w koloniach. Większość z tych glonów to organizmy fotoautotroficzne, ale są przypadki glonów heterotroficznych.

Są uważani za jednego z głównych producentów tlenu na planecie, a niektórzy autorzy uważają, że są głównymi podstawowymi producentami w oceanach, ponieważ znajdują się u podstawy łańcucha pokarmowego.

Rośliny

Rośliny to siedzące organizmy lądowe, które charakteryzują się ciałem podzielonym na dwie części: jedną powietrzną i jedną lądową. Część lądowa składa się z korzenia, podczas gdy część nadziemna składa się z łodygi, która z kolei jest podzielona na łodygę, liście i kwiaty.

Mają niesamowitą liczbę różnych kształtów i wytwarzają własne pożywienie poprzez fotosyntezę, tak jak wszystkie inne fotoautotrofy.

Jednak rośliny są żywymi istotami, które najbardziej wyspecjalizowały się w wykorzystaniu energii świetlnej, ponieważ mają miliony komórek w swoich liściach, specjalnie przystosowanych do ciągłej fotosyntezy w ciągu dnia.

Glony makroskopowe

Glony makroskopowe są przedstawicielami roślin w środowisku wodnym. W większości żyją one zanurzone w środowiskach wodnych, kolonizując każde miejsce, w którym znajduje się odpowiedni substrat, do którego można się przyczepić.

Zdjęcie makroalgi (źródło: W. carter za Wikimedia Commons)

Glony z grupy glaukofitów to grupa glonów uważana za najbardziej spokrewnioną z roślinami lądowymi. Jednak niektórzy autorzy klasyfikują glony razem z pierwotniakami.

- Zwierząt

Ślimak morski Elysia chlorotica, powszechnie znany jako „wschodni szmaragd”, może czerpać korzyści z chloroplastów, które spożywa w swojej diecie bogatej w organizmy fotoautotroficzne, ponieważ żyje dzięki wysysaniu soków z wodorostów.

Proces wykorzystywania chloroplastów z pożywienia jest znany jako kleptoplastyka. Dzięki temu zjawisku ślimak może przetrwać wytwarzając fotoasymilaty w miejscach nasłonecznienia, bez jedzenia przez długi czas.

Bibliografia

1. Bresinsky, A., Körner, C., Kadereit, JW, Neuhaus, G., & Sonnewald, U. (2013). Nauki o roślinach Strasburgera: w tym prokarioty i grzyby (tom 1). Berlin, Niemcy: Springer.
2. Brusca, RC i Brusca, GJ (2005). Bezkręgowce (nr Sirsi) i9788448602468). Madryt: McGraw-Hill.
3. Chan, CX, Vaysberg, P., Price, DC, Pelletreau, KN, Rumpho, ME i Bhattacharya, D. (2018). Aktywna odpowiedź gospodarza na symbionty glonów w ślimaku morskim Elysia chlorotica. Biologia molekularna i ewolucja, 35 (7), 1706-1711.
4. Hu, Q., Guterman, H. i Richmond, A. (1996). Płaski, nachylony modułowy fotobioreaktor do masowej uprawy fotoautotrofów na zewnątrz. Biotechnology and Bioengineering, 51 (1), 51–60.
5. Raven, PH (1981). Badania w ogrodach botanicznych. Nerw. Jahrb, 102, 52–72.
6. Shimakawa, G., Murakami, A., Niwa, K., Matsuda, Y., Wada, A. i Miyake, C. (2019). Analiza porównawcza strategii przygotowania pochłaniaczy elektronów w wodnych fotoautotrofach. Badania fotosyntezy, 139 (1-3), 401-411.
7. Willey, JM, Sherwood, L. i Woolverton, CJ (2008). Mikrobiologia Prescotta, Harleya i Kleina. Wykształcenie wyższe McGraw-Hill.