АВТОТРОФНО ХРАНЕНЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕТАПИ, ВИДОВЕ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В аВтотрофична хранене е процес, който се случва в автотрофните организми, където от неорганични вещества, необходими съединения се произвеждат за поддържане и развитие на тези живи същества. В този случай енергията идва от слънчевата светлина или някои химически съединения.

Например растенията и водораслите са автотрофни организми, тъй като произвеждат собствена енергия; няма нужда да се хранят с други живи същества. За разлика от тях, тревопасните, всеядните или месоядните животни са хетеротрофи.

Автотрофно хранене. Източник: pixabay.com

Имайки предвид вида източник, използван в хранителната процедура, има фотоавтотрофни и хемоавтотрофни организми. Първите получават енергията си от слънчевата светлина и са представени от растения, водорасли и някои фотосинтетични бактерии.

От друга страна, хемоавтотрофите използват различни редуцирани неорганични съединения, като молекулен водород, за да извършат процедурите, които им позволяват да получат хранителните си вещества. Тази група е съставена от бактерии.

характеристики

- Преобразуване на енергия

Първият принцип на термодинамиката гласи, че енергията не се унищожава, нито се създава. Той претърпява трансформации в други видове енергия, различни от първоначалния източник. В този смисъл при автотрофното хранене химическата и слънчевата енергия се превръщат в различни странични продукти, като глюкоза.

- Пренос на енергия

Автотрофното хранене е типично за автотрофните същества, които формират основата на всички хранителни вериги. В този смисъл енергията се прехвърля от автотрофите към първичните потребители, които ги консумират, а след това към месоядните животни, които поглъщат първичните.

По този начин едно растение като автотрофен или организъм производител е основната храна на елените (първичен потребител) и планинския лъв (вторичен потребител), той ловува и консумира елените. Когато лъвът умира, микроорганизмите и бактериите действат върху разградената материя и енергията отново се връща в земята.

В хидротермалните отвори автотрофните бактерии са произвеждащият организъм на хранителната мрежа. Мидите и охлювите са основните потребители, хранят се с бактерии. От своя страна октоподът включва тези мекотели в диетата си.

- Специализирани структури и вещества

хлоропласти

хлоропластов

Хлоропластите са овални органели, намиращи се в клетките на растенията и водораслите. Те са заобиколени от мембрани и вътре в тях протича процесът на фотосинтеза.

Двете мембранозни тъкани, които ги заобикалят, имат непрекъсната структура, която ги ограничава. Външният слой е пропусклив, поради наличието на пор. Що се отнася до вътрешната мембрана, тя съдържа протеини, които са отговорни за транспортирането на вещества.

Вътре има кухина, известна като строма. Има рибозоми, липиди, нишестени гранули и кръгова двуверижна ДНК. В допълнение, те имат сакули, наречени тилакоиди, чиито мембрани съдържат фотосинтетични пигменти, липиди, ензими и протеини.

Фотосинтетични пигменти

Тези пигменти абсорбират енергията от слънчевата светлина, за да бъдат обработени от фотосинтетичната система.

хлорофил

хлорофил

Хлорофилът е зелен пигмент, който се състои от пръстен на хромопротеин, наречен порфирин. Около него електрони мигрират свободно, причинявайки пръстена да има потенциал да спечели или загуби електрони.

Поради това той има потенциала да осигури електрони, които се зареждат с енергия от други молекули. Така слънчевата енергия се улавя и предава на други фотосинтетични структури.

Има няколко вида хлорофил. Хлорофилът a е в растенията и водораслите. Тип b се среща в растенията и зелените водорасли. От друга страна, хлорофилът с присъства в динофлагелатите и тип d, притежава се от цианобактерии.

Каротеноидите

Подобно на други фотосинтетични пигменти, каротеноидите улавят светлинна енергия. Въпреки това, в допълнение към това, те допринасят за разсейване на излишната абсорбирана радиация.

Каротеноидите нямат способността директно да използват светлинна енергия за фотосинтеза. Те прехвърлят погълнатата енергия към хлорофила, поради което се считат за допълнителни пигменти.

Екстремни среди

Tardigrades, Phylum, известен със способността си да оцелява в много груби среди. Източник: Уилоу Габриел, лаборатория Голдщайн, чрез Wikimedia Commons

Много хемоавтотрофи, включително нитрифициращи бактерии, са разпространени в езера, морета и на земята. Някои други обаче са склонни да живеят в някои необичайни екосистеми, където има химикалите, необходими за извършване на окисляване.

Например бактериите, които живеят в активни вулкани, окисляват сярата, за да направят храната си. Също така в Националния парк Йелоустоун в Съединените щати има бактерии, които се намират в горещи извори. Също така, някои живеят дълбоко в океана, близо до хидротермални отвори.

В този район водата прониква през процеп в горещите скали. Това причинява различни минерали да се включват в морската вода, сред които е сероводородът, който се използва от бактериите за химиосинтеза.

Етапи на автотрофното хранене

По принцип автотрофното хранене се развива в три фази. Това са:

Проходът на мембраната и улавяне на енергия

В този процес редуцираните неорганични молекули, като амоняк, и прости неорганични молекули, като соли, вода и въглероден диоксид, преминават през полупропускливата клетъчна мембрана, без да причиняват на клетката да губи енергия.

От друга страна, във фотоавтотрофните организми се улавя светлинна енергия, която е източникът, използван за осъществяване на процеса на фотосинтеза.

метаболизъм

По време на автотрофното хранене в клетъчната цитоплазма възникват набор от химични реакции. В резултат на тези процеси се получава биохимичната енергия, която ще бъде използвана от клетката за изпълнение на жизнените й функции.

отделяне

Тази последна фаза се състои в елиминирането чрез полупропусклива клетъчна мембрана на всички отпадни продукти, които идват от хранителния метаболизъм.

Видове

Имайки предвид вида на използвания енергиен източник, автотрофното хранене се класифицира по два начина, фотоавтотрофно и химиоавтотрофно.

Photoautotrophs

Фотоавтотрофите са организми, които получават енергия за получаване на органични съединения от слънчевата светлина, процес, наречен фотосинтеза. Зелените водорасли, растенията и някои фотосинтетични бактерии принадлежат към тази група.

Фотосинтезата протича в хлоропластите и има две фази. Първият е лекият. При това има дисоциация на водната молекула, за която се използва светлинна енергия. Продукт на тази фаза са ATP и NADPH молекули.

Тази химическа енергия се използва във втория етап на процеса, известен като тъмната фаза. Това се случва в стромата на хлоропластите и получава това име, тъй като не изисква светлинна енергия за протичане на химични процеси.

NADPH и ATP, продукт на леката фаза, се използват за синтезиране на органични вещества, като глюкоза, като се използва въглероден диоксид, сулфати и нитрити и нитрати като източник на азот.

Chemoautotrophs

Nitrobacter е род хемотрофни бактерии

Хемоавтотрофните организми, представени от бактерии, са способни да използват редуцирани неорганични съединения като основа за дихателен метаболизъм.

По същия начин като фотоавтотрофите, тази група използва въглеродния диоксид (CO2) като основен източник на въглерод, асимилиран по същия начин, чрез реакциите на цикъла на Калвин. Въпреки това, за разлика от тях, хемоавтотрофите не използват слънчевата светлина като източник на енергия.

Енергията, която им е необходима, е продукт на окислението на някои редуцирани неорганични съединения, като молекулен водород, черно желязо, сероводород, амоняк и различни редуцирани форми на сяра (H2S, S, S2O3-).

В момента хемоавтотрофите обикновено се срещат в дълбоки води, където слънчевата светлина е почти нулева. Много от тези организми трябва да живеят около вулканични отвори. По този начин средата е достатъчно топла, за да протича метаболитният процес с висока скорост.

Примери за живи същества с автотрофно хранене

Растенията

С малки изключения, като например венеринската мухоловка (Dionaea muscipula), която може да улавя и смила насекомите чрез ензимно действие, всички растения са изключително автотрофни.

Зелени водорасли

Зелените водорасли са парафилетична група водорасли, които са тясно свързани с сухоземните растения. В момента има повече от 10 000 различни видове. Обикновено живеят в различни сладководни местообитания, въпреки че биха могли да бъдат намерени в някои морета на планетата.

Тази група има пигменти като хлорофил a и b, ксантофили, β-каротин и някои резервни вещества, като нишесте.

Примери:

- Ulva lactuca, известна като ламила, е зелено водорасло, което расте в интертидалната зона на огромното мнозинство от океаните. Той има особено дълги листа, с навити краища, които му придават маруляван вид.

Този вид е от групата на годни за консумация водорасли. В допълнение, той се използва в козметичната индустрия, при производството на хидратиращи продукти.

- Volvox aureus живее в сладка вода, образувайки сферични колонии с приблизително 0,5 милиметра. Тези клъстери са съставени от около 300 до 3200 клетки, които са свързани помежду си от плазмени влакна. Нишестето се натрупва в хлоропласти и те имат фотосинтетични пигменти като хлорофил a, b и β-каротин.

цианобактерии

Цианобактериите преди са били известни с имената на хлороксибактерии, синьо-зелени водорасли и синьо-зелени водорасли. Това е така, защото има хлорофилни пигменти, които му придават този зелен оттенък. Също така, те имат морфология, подобна на водораслите.

Това са бактерии от бактерии, съставени от единствените прокариоти със способността да използват слънчевата светлина като енергия и вода като източник на електрони за фотосинтеза.

Железни бактерии (

Ферооксиданите от бактерията Acidithiobacillus получават енергия от желязо. При този процес неразтворимите атоми на желязо във вода се превръщат в разтворима молекулярна форма във вода. Това позволи този вид да се използва за извличане на желязо от някои минерали, където те не могат да бъдат отстранени по конвенционален начин.

Безцветни серни бактерии

Тези бактерии превръщат сероводорода, продукт от разлагането на органични вещества, в сулфат. Това съединение се използва от растенията.

Препратки

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Автотрофно хранене. В: Метаболизъм, движение и контрол. Възстановена от link.springer.com.
2. Енциклопедия Британика (2019). Автотрофен метаболизъм. Възстановени от britannica.com
3. Ким Рътлидж, Мелиса Макданиел, Даян Будро, Тара Рамруп, Сантани Тен, Ерин Спроут, Хилари Коста, Хилари Хол, Джеф Хънт (2011). Автотроф. Възстановено от nationalgeographic.org.
4. Ф. Сейдж (2008). Autotrophs. Възстановени от sciencedirect.com.
5. Манрик, Естебан. (2003 г.). Фотосинтетични пигменти, нещо повече от улавяне на светлина за фотосинтеза. Възстановени от researchgate.net.
6. Мартин Алтидо (2018). Хранителни видове бактерии. Възстановени от sciaching.com.