ŻYWIENIE AUTOTROFICZNE: CHARAKTERYSTYKA, ETAPY, RODZAJE, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Samożywne żywienia jest procesem, który zachodzi w organizmach autotroficzne, gdzie od substancji nieorganicznych, niezbędne związki przeznaczone są do utrzymania i rozwoju takich istot żywych. W tym przypadku energia pochodzi ze światła słonecznego lub niektórych związków chemicznych.

Na przykład rośliny i algi są organizmami autotroficznymi, ponieważ wytwarzają własną energię; nie muszą karmić się innymi żywymi istotami. W przeciwieństwie do zwierząt roślinożernych, wszystkożernych lub mięsożernych są heterotrofami.

Odżywianie autotroficzne. Źródło: pixabay.com

Ze względu na rodzaj źródła stosowanego w postępowaniu żywieniowym wyróżnia się organizmy fotoautotroficzne i chemoautotroficzne. Te pierwsze czerpią energię ze światła słonecznego i są reprezentowane przez rośliny, algi i niektóre bakterie fotosyntetyzujące.

Z drugiej strony chemoautotrofy wykorzystują różne zredukowane związki nieorganiczne, takie jak wodór cząsteczkowy, do wykonywania procedur, które pozwalają im uzyskać składniki odżywcze. Ta grupa składa się z bakterii.

cechy

- Konwersja energii

Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że energia nie jest ani niszczona, ani tworzona. Podlega przemianom w innych rodzajach energii, innych niż pierwotne źródło. W tym sensie w żywieniu autotroficznym energia chemiczna i słoneczna jest przekształcana w różne produkty uboczne, takie jak glukoza.

- Transfer energii

Żywienie autotroficzne jest typowe dla istot autotroficznych, które stanowią podstawę wszystkich łańcuchów pokarmowych. W tym sensie energia jest przekazywana z autotrofów do pierwotnych konsumentów, którzy je konsumują, a następnie do mięsożerców, którzy pożerają pierwotne.

Tak więc roślina, jako organizm autotroficzny lub wytwórczy, jest głównym pokarmem jelenia (konsument pierwotny) i lwa górskiego (konsument wtórny), poluje i zjada jelenie. Kiedy lew umiera, na rozłożoną materię działają mikroorganizmy i bakterie, a energia ponownie wraca na ziemię.

W komorach hydrotermalnych bakterie autotroficzne są organizmem produkującym sieć pokarmową. Głównymi konsumentami żywiącymi się bakteriami są małże i ślimaki. Z kolei ośmiornica włącza te mięczaki do swojej diety.

- Specjalistyczne struktury i substancje

Chloroplasty

Chloroplast

Chloroplasty to owalne organelle występujące w komórkach roślin i alg. Są otoczone błonami, w których zachodzi proces fotosyntezy.

Dwie otaczające je tkanki błoniaste mają ciągłą strukturę, która je wyznacza. Warstwa zewnętrzna jest przepuszczalna dzięki obecności porin. Jeśli chodzi o błonę wewnętrzną, zawiera białka, które są odpowiedzialne za transport substancji.

Wewnątrz ma wnękę, zwaną zrębem. Istnieją rybosomy, lipidy, granulki skrobi i kolisty dwuniciowy DNA. Ponadto mają woreczki zwane tylakoidami, których błony zawierają barwniki fotosyntetyczne, lipidy, enzymy i białka.

Pigmenty fotosyntetyczne

Pigmenty te pochłaniają energię słoneczną, która jest przetwarzana przez system fotosyntezy.

Chlorofil

Chlorofil

Chlorofil to zielony pigment, który składa się z pierścienia chromoproteiny zwanej porfiryną. Wokół niego elektrony migrują swobodnie, powodując, że pierścień ma potencjał do gromadzenia lub utraty elektronów.

Z tego powodu może dostarczać elektrony, które są zasilane energią dla innych cząsteczek. W ten sposób energia słoneczna jest wychwytywana i przekazywana do innych struktur fotosyntetycznych.

Istnieje kilka rodzajów chlorofilu. Chlorofil a występuje w roślinach i algach. Typ b występuje w roślinach i zielonych algach. Z drugiej strony chlorofil c występuje w bruzdnicach, a typ d jest posiadany przez cyjanobakterie.

Karotenoidy

Podobnie jak inne pigmenty fotosyntetyczne, karotenoidy wychwytują energię świetlną. Jednak oprócz tego przyczyniają się do rozpraszania nadmiaru pochłoniętego promieniowania.

Karotenoidy nie mają zdolności bezpośredniego wykorzystania energii świetlnej do fotosyntezy. Przenoszą one zaabsorbowaną energię do chlorofilu, dlatego są uważane za pigmenty pomocnicze.

Ekstremalne warunki

Niesporczaki, gatunek znany ze swojej zdolności do przetrwania w bardzo trudnych warunkach. Źródło: Willow Gabriel, Goldstein Lab, za Wikimedia Commons

Wiele chemoautotrofów, w tym bakterie nitryfikacyjne, występuje w jeziorach, morzach i na ziemi. Jednak niektóre inne żyją w niektórych niezwykłych ekosystemach, w których znajdują się substancje chemiczne niezbędne do przeprowadzenia utleniania.

Na przykład bakterie żyjące w aktywnych wulkanach utleniają siarkę, tworząc pożywienie. Również w Parku Narodowym Yellowstone w Stanach Zjednoczonych występują bakterie, które znajdują się w gorących źródłach. Ponadto niektóre żyją głęboko w oceanie, w pobliżu kominów hydrotermalnych.

W tym obszarze woda przesącza się przez szczelinę w gorących skałach. To powoduje, że do wody morskiej wprowadzane są różne minerały, między innymi siarkowodór, który jest wykorzystywany przez bakterie do chemosyntezy.

Etapy żywienia autotroficznego

Ogólnie rzecz biorąc, odżywianie autotroficzne rozwija się w trzech fazach. To są:

Przejście przez membranę i wychwytywanie energii

W tym procesie zredukowane cząsteczki nieorganiczne, takie jak amoniak, i proste cząsteczki nieorganiczne, takie jak sole, woda i dwutlenek węgla, przechodzą przez półprzepuszczalną błonę komórkową, nie powodując żadnego wydatku energetycznego komórki.

Z kolei w organizmach fotoautotroficznych wychwytywana jest energia świetlna, która jest źródłem wykorzystywanym do przeprowadzenia procesu fotosyntezy.

Metabolizm

Podczas odżywiania autotroficznego w cytoplazmie komórki zachodzi zestaw reakcji chemicznych. W wyniku tych procesów uzyskuje się energię biochemiczną, która zostanie wykorzystana przez komórkę do pełnienia funkcji życiowych.

Wydalanie

Ta ostatnia faza polega na eliminacji, przez półprzepuszczalną błonę komórkową, wszystkich produktów przemiany materii żywieniowej.

Rodzaje

Ze względu na rodzaj użytego źródła energii żywienie autotroficzne dzieli się na dwa sposoby: fotoautotroficzne i chemoautotroficzne.

Fotoautotrofy

Fotoautotrofy to organizmy, które pozyskują energię do wytwarzania związków organicznych ze światła słonecznego, w procesie zwanym fotosyntezą. Do tej grupy należą zielenice, rośliny i niektóre bakterie fotosyntetyzujące.

Fotosynteza zachodzi w chloroplastach i przebiega w dwóch fazach. Pierwsza jest lekka. W tym następuje dysocjacja cząsteczki wody, do której wykorzystywana jest energia świetlna. Produktem tej fazy są cząsteczki ATP i NADPH.

Ta energia chemiczna jest wykorzystywana w drugim etapie procesu, znanym jako faza ciemna. Dzieje się to w zrębie chloroplastów i nosi tę nazwę, ponieważ nie wymaga energii świetlnej do zachodzenia procesów chemicznych.

NADPH i ATP, produkt fazy lekkiej, są wykorzystywane do syntezy materii organicznej, takiej jak glukoza, z wykorzystaniem dwutlenku węgla, siarczanów i azotynów oraz azotanów jako źródła azotu.

Chemoautotrofy

Nitrobacter to rodzaj bakterii chemotroficznych

Organizmy chemoautotroficzne, reprezentowane przez bakterie, są zdolne do wykorzystywania zredukowanych związków nieorganicznych jako podstawy metabolizmu oddechowego.

Grupa ta, podobnie jak fotoautotrofy, wykorzystuje jako główne źródło węgla dwutlenek węgla (CO2), który jest asymilowany w ten sam sposób w reakcjach cyklu Calvina. Jednak w przeciwieństwie do tych chemoautotrofów nie wykorzystują światła słonecznego jako źródła energii.

Energia, której potrzebują, jest produktem utleniania niektórych zredukowanych związków nieorganicznych, takich jak wodór cząsteczkowy, żelazo, siarkowodór, amoniak i różne zredukowane formy siarki (H2S, S, S2O3-).

Obecnie chemoautotrofy są powszechnie spotykane w głębokich wodach, gdzie światło słoneczne jest prawie zerowe. Wiele z tych organizmów musi żyć wokół kominów wulkanicznych. W ten sposób środowisko jest wystarczająco ciepłe, aby proces metaboliczny zachodził z dużą szybkością.

Przykłady żywych istot z odżywianiem autotroficznym

Rośliny

Z nielicznymi wyjątkami, takimi jak muchołówka (Dionaea muscipula), która może łapać i trawić owady poprzez działanie enzymatyczne, wszystkie rośliny są wyłącznie autotroficzne.

Algi zielone

Glony zielone to parafiletyczna grupa alg, które są blisko spokrewnione z roślinami lądowymi. Obecnie istnieje ponad 10 000 różnych gatunków. Na ogół żyją w różnych siedliskach słodkowodnych, chociaż można je znaleźć w niektórych morzach na planecie.

Ta grupa zawiera pigmenty, takie jak chlorofil a i b, ksantofile, β-karoten i niektóre substancje rezerwowe, takie jak skrobia.

Przykłady:

- Ulva lactuca, znana jako lamilla, to zielone algi, które rosną w strefie międzypływowej większości oceanów. Ma wyjątkowo długie liście z zawiniętymi krawędziami, które nadają jej wygląd sałaty.

Gatunek ten należy do grupy glonów jadalnych. Ponadto znajduje zastosowanie w przemyśle kosmetycznym przy produkcji preparatów nawilżających.

- Volvox aureus żyje w słodkiej wodzie, tworząc kuliste kolonie o wielkości około 0,5 milimetra. Klastry te składają się z około 300 do 3200 komórek połączonych ze sobą włóknami plazmowymi. W chloroplastach gromadzi się skrobia, która zawiera barwniki fotosyntetyczne, takie jak chlorofil a, b i ß-karoten.

Cyjanobakteria

Sinice były wcześniej znane pod nazwami chloroksybakterii, niebiesko-zielonych alg i niebiesko-zielonych alg. Dzieje się tak, ponieważ zawiera pigmenty chlorofilowe, które nadają mu zielony odcień. Mają też morfologię podobną do alg.

To gromada bakterii, składająca się z jedynych prokariotów, które potrafią wykorzystywać światło słoneczne jako energię i wodę jako źródło elektronów do fotosyntezy.

Bakterie żelaza (

Bakterie Acidithiobacillus ferrooxidans czerpią energię z żelaza żelaznego. W tym procesie nierozpuszczalne w wodzie atomy żelaza są przekształcane w rozpuszczalną w wodzie formę cząsteczkową. Pozwoliło to na wykorzystanie tego gatunku do ekstrakcji żelaza z niektórych minerałów, z których nie można ich usunąć w konwencjonalny sposób.

Bezbarwne bakterie siarkowe

Bakterie te przekształcają siarkowodór, produkt rozkładu materii organicznej, w siarczan. Związek ten jest używany przez rośliny.

Bibliografia

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Autotroficzne odżywianie. W: Metabolizm, ruch i kontrola. Odzyskany z link.springer.com.
2. Encyclopaedia Britannica (2019). Metabolizm autotroficzny. Odzyskany z britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Autotrof. Odzyskany z nationalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Autotrofy. Odzyskany z sciencedirect.com.
5. Manrique Esteban. (2003). Pigmenty fotosyntetyczne, coś więcej niż wychwytywanie światła do fotosyntezy. Odzyskany z researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Typy odżywcze bakterii. Odzyskany z sciencing.com.