Едноклетъчни автотрофи. Автотрофни и хетеротрофни организми. Антропогенни въздействия върху атмосферата и нейното опазване

Организми, които са способни да синтезират необходимите за живота органични вещества от не органични съединения, обикновено се наричат ​​автотрофи.

Автотрофните организми образуват така наречената първична продукция – биомаса органична материя, който впоследствие се използва от други организми. Автотрофите включват някои бактерии и всички видове зелени растения без изключение.

Автотрофните организми са в състояние да абсорбират въглероден диоксид от въздуха и да го превръщат в сложни органични съединения. Така автотрофите изграждат своето „тяло“ от неорганични съединения. Каскадна био химически реакции, крайния продукткоито са протеини и други органични вещества, необходими за живота, изисква значителни енергийни разходи. Въз основа на начина на получаване на енергия автотрофите се делят на фотоавтотрофи и хемоавтотрофи.

Фотоавтотрофните бактерии използват енергията на слънчевата светлина, за да синтезират органични вещества от въглероден диоксид, подобно на фотосинтезата в растенията. Важен компонент на белтъчната плазма на такива микроби са пигменти: бактериопурпурин, бактериохлорин и др. Основната функция на пигментите е абсорбцията и натрупването на енергия от слънчевата светлина. Най-характерните представители на групата на фотоавтотрофите са цианобактериите, лилавите и зелените серни бактерии.

Феноменът на хемосинтезата в бактериите е открит през 1888 г. от изключителния руски микробиолог С.Н. Виноградски (1856-1953), който показа, че в клетките на нитрофитни бактерии могат едновременно да протичат процеси на окисление на амоняк в азотна киселина и въглероден диоксид в различни органични съединения. Такива микроорганизми започват да се наричат ​​хемоавтотрофи, т.е. получаване на енергия в резултат на химични реакции. Хемоавтотрофите могат да съществуват само в присъствието на неорганични съединения, докато някои видове бактерии могат да окисляват определени минерали. Единственият източник на въглерод за хемоавтотрофите е въглеродният диоксид. Групата на хемоавтотрофите включва безцветни серни бактерии, нитрифициращи бактерии, железни бактерии и др. Всички автотрофни микроорганизми са свободно живеещи форми и не са патогенни за животните и хората.

Въпреки това, сред автотрофите са открити микроорганизми, които са способни да асимилират въглерод не само от CO2 на въздуха, но и от органични съединения. Такива бактерии се наричат ​​миксотрофи (от латински mixi - смес, т.е. смесен тип хранене). В зависимост от начина на усвояване на азота, микроорганизмите могат да бъдат разделени на аминоавтотрофи и аминохетеротрофи.

Аминоавтотрофите синтезират протеин от минерални съединения и от въздуха, това са предимно почвени бактерии. При зелените растения автотрофният тип хранене се основава на процеса на фотосинтеза. Фотосинтезата е характерна и за двете висши растения, и за водорасли, и, както вече споменахме, фотосинтезиращи бактерии. Но фотосинтезата все още достига най-голямото си съвършенство при зелените растения. Какво е фотосинтеза?

Фотосинтезата се разбира като процес на образуване на сложни органични съединения от самите фотосинтезиращи организми и всички други организми, необходими за живота. прости веществапоради светлинна енергия, абсорбирана от хлорофил или други фотосинтетични пигменти. Изследването на фотосинтезата започва с работата на J. Priestley, J. Senebier и J. Ingenhouse.

J. Priestley (1733-1804) показа през 1771 г., че въздухът, "развален" от горене или дишане, става отново годен за дишане под въздействието на зелени растения. Така беше установено, че зелените растения са способни да абсорбират въглероден диоксид (CO2) и да отделят кислород (O2). Senebier (1742-1809) доказва, че източникът на въглерод за зелените растения е въглеродният диоксид (CO2), който се абсорбира от тях под въздействието на светлина. Майер (1814-1878) излага хипотеза, според която растенията са единственият акумулатор на слънчева енергия на Земята.

Общо процесът на фотосинтеза може логично да се изрази по следния начин:

6СО2 + 6Н2O - C6H12O6 + 6О2

През втората половина на 19в. големият руски биолог К.А. Тимирязев открива, че светлопоглъщащият елемент на растителната клетка е хлорофилът. Хлорофилът е част от структурата на хлоропластите. Една растителна клетка съдържа от 20 до 100 хлоропласта. Хлоропластите са заобиколени от мембрана, която съдържа голям брой торбички, наречени тилакоиди. Тилакоидите съдържат фотохимични центрове и компоненти, участващи в транспорта на електрони и образуването на аденозиева трифосфорна киселина (АТФ). Тимирязев също доказва пряка връзка между интензитета на светлината и скоростта на фотосинтезата.

През 1905 г. се появява хипотезата, че фотосинтезата може да се извършва на тъмно. По този начин процесът на фотосинтеза се състои от фази на светлина и сянка. Въпреки това, биохимични доказателства за това предположение са получени едва през 1937 г. от английския изследовател Хил. Немският физиолог и биохимик Варбург подробно изучава реакциите на светлината и сенките. Основният резултат от този периодв изследването на фотосинтезата е, че тя постави основата на идеята за фотосинтезата като редокс процес, при който редукцията на въглеродния диоксид се извършва с едновременното окисляване на донор на водород.

През 1941 г. съветските учени A.P. Виноградов установи, че източникът на кислород, отделен по време на фотосинтезата, не е въглероден диоксид, а вода. От средата на 20 век. изследването на фотосинтезата беше улеснено от създаването на нови изследователски методи (изотопна технология, спектроскопия, електронна микроскопияи др.), което направи възможно разкриването на фините механизми на този процес. Най-значимите през този период са произведенията на местните учени A.N. Теренина, А.А. Красновски.

Схематично механизмът на фотосинтезата в растенията, водораслите и бактериите може да се изрази по следния начин:

образуване на въглехидрати:

H2 донор и източник на O2 - вода

H2 акцептор и C източник - CO2

образуване на аминокиселини, протеини, пигменти и други съединения:

H2 акцептор и източник на N2 - NO2-4

източник C - SO4-2

Значението на фотосинтезата е огромно. В резултат на фотосинтеза растителността на Земята ежедневно образува повече от 100 милиарда тона органична материя (около половината идва от растенията в моретата и океаните), като същевременно абсорбира около 200 милиарда тона CO2 и освобождава около 145 милиарда тона свободен кислород във външната среда.

Хетеротрофни организми

Организмите, които използват готови органични съединения за своето хранене, обикновено се наричат ​​хетеротрофни.

Някои автотрофи - фотосинтезиращи зелени растения - могат да метаболизират малки количества органични съединения. Някои хищни растения (росичка, мехурче) използват органични съединения за азотно хранене, а въглеродното хранене се осъществява чрез фотосинтеза. Някои автотрофи изискват витаминоподобни вещества.

През 1933 г., използвайки изотопния метод, американски учени потвърдиха, че изразените хетеротрофи (гъбички и бактерии) са способни да асимилират въглерод чрез абсорбиране на CO2. За хетеротрофните бактерии източници на въглерод служат готови органични съединения: захари, алкохоли, млечна, лимонена и оцетна киселина, както и восък, фибри и нишесте. От микроорганизмите хетеротрофите са причинители на ферментация (алкохолна, пропионова киселина, млечна киселина и маслена киселина), гнилостни и патогенни бактерии.

В зависимост от използвания субстрат, хетеротрофните микроорганизми се разделят на две големи групи: мета- и паратрофи. Метатрофите използват органични съединения от мъртви субстрати. Тази група включва предимно гнилостни бактерии. Паратрофите използват органични съединения на живи организми. Тези микроорганизми обикновено причиняват инфекциозни заболяванияхора, животни и растения.

Хетеротрофите използват готови аминокиселини като източник на азот: този хранителен път се нарича аминохетеротрофен. Животните и хората са строги хетеротрофи. Характеризират се с холозоен тип хранене. Доставката на хранителни вещества чрез дифузия се заменя с образуването на органи за приемане на храна. Например, при протозоите, наред с така наречения сопрозоен метод на хранене (усвояване на храната от цялата повърхност на клетката), има и животински метод, т.е. поглъщане на хранителни вещества от псевдоподии (изпъкналост на цитоплазмата), реснички или флагели. Висшите животни имат строго диференцирана и сложно организирана храносмилателна система.

Един от началните отдели храносмилателна системае устният апарат. Устройство и функция устен апаратпри животните е разнообразна и зависи от вида на храната; По принцип се разграничават гризащи, смилащи и смучещи видове орален апарат. Животните условно се разделят на фитофаги (тревопасни) и зоофаги (месоядни). Има обаче и междинни или смесени форми.

Когато се прилага за животни, е по-подходящо да се използва терминът „храносмилане“. Храносмилането е началният етап на метаболизма в организма, който се състои в това, че сложните хранителни вещества, включени в храната, се разпадат на елементарни частици, способни да участват в следващите етапи на метаболизма. Например, мазнините се разграждат на глицерол и мастни киселини, протеините на аминокиселини, въглехидратите на монозахариди.

За разделяне сложни веществаТялото на животните и хората съдържа различни литични ензими; някои органични вещества се разграждат от симбиотични микроорганизми (в търбуха на преживните животни и сляпото черво на човека). Храносмилането се разделя на орално, стомашно и чревно. При организиране на процеса на смилане на храната при животните и храната при хората важна роляиграя нервна системаи ендокринни жлези. По този начин се осъществява нервна и хуморална регулация на храносмилателните процеси.

В устната кухина храната се подлага на механична обработка и действието на редица ензими, главно амипаза и малтаза. В стомаха храната претърпява значителна химическа трансформация. Под влияние солна киселинаИ голямо количествоЕнзимите разграждат повечето сложни органични вещества. В червата се извършва по-нататъшна химическа трансформация на хранителните вещества и тяхното усвояване.

Автотрофните и хетеротрофните организми, които участват в биогенезата, са взаимно свързани чрез така наречените трофични връзки. Значението на трофичните връзки в структурата на екологичните общности е много голямо. Благодарение на тях се осъществява кръговратът на веществата на Земята.

Автотрофните организми, чрез асимилиране на неорганични вещества, използване на енергията на слънчевата светлина или химични реакции, допринасят за образуването на така наречените първични продукти - първична биомаса или органична материя. Първичната продукция се използва от хетеротрофни организми и значителна роля в това принадлежи на фитофагите, които споменахме малко по-рано. Фитофагите от своя страна стават жертви на хищници - зоофаги. Мъртвите останки на животни и растения се превръщат обратно в неорганични вещества поради действието на абиотични фактори външна среда, както и разлагащи организми и гнилостна микрофлора.

Автотрофи

АВТОТРОФИ [от авто...И ...трофей(и)], самостоятелно хранене, 1) живи организми, които сами произвеждат необходимите им вещества; 2) живи организми по отношение на функциите, които изпълняват в процеса на обмен на материя и енергия в екосистемите. Някои А. (хелиоавтотрофи - зелени растения, синьо-зелени водорасли) създават органична материя, необходима за растеж и възпроизводство от неорганична материя, като я използват като източник на енергия слънчева радиация, други (хемоавтотрофи - някои бактерии) - поради енергията на химичните реакции (хемосинтеза). Представлявайки връзка на производителите в хранителната (трофична) верига, A. служат като единствен източник на енергия за хетеротрофите, които по този начин са напълно зависими от първите. Понякога А. се наричат ​​литотрофи; Това означава, че „хранителни продукти“ за A. идват изцяло от света на минералите под формата на въглероден диоксид (CO 2), сулфат (O 4, нитрат NO 3) и други неорганични компоненти („камъни“). Вижте също.

Хетеротрофи, консуматориЕкологичен енциклопедичен речник. - Кишинев: Главна редакция на Молдавската съветска енциклопедия

. И.И. Деду. 1989 г.

Автотрофи

организми, които синтезират органични вещества от неорганични съединения (обикновено въглероден диоксид и вода), производители на екосистеми, които създават първични биологични продукти. А. са на първо трофично ниво в екосистемите и пренасят органичната материя и съдържащата се в тях енергия към хетеротрофите – консументи и разлагащи. Повечето А. са фотоавтотрофи, които имат хлорофил. Това са растения (цъфтящи растения, голосеменни, птеридофити, мъхове, водорасли) и цианобактерии. Те извършват фотосинтеза с отделяне на кислород, използвайки неизчерпаема и екологично чиста слънчева енергия. А. хемоавтотрофи (серни бактерии, метанобактерии, железни бактерии и др.) Използват енергията на окисление на неорганични съединения за синтезиране на органични вещества. Приносът на хемоавтотрофите в общото биологично производство на биосферата е незначителен, но тези организми формират основата на хемоавтотрофните екосистеми на хидротермалните оазиси в океаните. EdwART. Речникусловия на околната среда, 2010

и дефиниции

Вижте какво представляват „автотрофи“ в други речници:

Съвременна енциклопедия - (от авто... и гръцки трофе хранително хранене) (автотрофни организми), организми, които синтезират от неорганични вещества (главно вода, въглероден диоксид, неорганични азотни съединения) всички органични вещества, необходими за живота,... ... Голям

. И.И. Деду. 1989 г.Енциклопедичен речник - (от auto... и гръцки trophe храна, хранене) (автотрофни организми), организми, които синтезират от неорганични вещества (главно вода, въглероден диоксид, неорганични азотни съединения) всички органични вещества, необходими за живота...

Организми, които могат да използват въглеродния диоксид като единствен или основен източник на въглерод и имат ензимна система за неговото усвояване, както и способността да синтезират всички компоненти на клетката. Някои А. може да се нуждаят от... ... Речник по микробиология

съкр. име автотрофни организми. Геологически речник: в 2 тома. М.: Недра. Под редакцията на K. N. Paffengoltz et al. Геоложка енциклопедия

автотрофи- - организми, които синтезират от неорганични вещества всички органични вещества, необходими за живота... Кратък речникбиохимични термини

- (от auto... и гръцки trophē храна, хранене) (автотрофни организми), организми, които синтезират от неорганични вещества (главно вода, въглероден диоксид, неорганични азотни съединения) всички органични вещества, необходими за живота,... ... Енциклопедичен речник

- (старогръцки αὐτός аз + τροφή храна) организми, които синтезират органични съединения от неорганични. Автотрофите съставляват първото ниво в хранителната пирамида (първите връзки хранителни вериги). Те са основните... ... Wikipedia

автотрофи- autotrofai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Organizmai, sintetinantys organines medžiagas iš neorganinių junginių (anglies dioksido ir vandens). атитикменис: англ. автотрофни организми; автотрофи вок. автотроф... ... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Организми, които синтезират необходимите им органични вещества от неорганични съединения. Автотрофите включват сухоземни зелени растения (те образуват органични вещества от въглероден диоксид и вода по време на фотосинтеза), водорасли, фото- и ... Биологичен енциклопедичен речник

На Земята живеят огромно разнообразие от живи същества. За удобство при изучаването им, изследователите класифицират всички организми според различни характеристики. Всяко живо същество се дели на две големи групи- автотрофи и хетеротрофи. Освен това има група миксотрофи - това са организми, адаптирани към двата вида хранене. В тази статия ще анализираме характеристиките на жизнените функции на двете основни групи и ще разберем как автотрофите се различават от хетеротрофите.

Автотрофите са организми, които самостоятелно синтезират от неорганични. Тази група включва някои видове бактерии и почти всички организми, принадлежащи към В хода на живота си автотрофите използват различни неорганични вещества, идващи отвън (въглероден диоксид, азот, сероводород, желязо и други), като ги използват в реакциите на синтез. на сложни органични съединения (главно това са въглехидрати и протеини).

Както виждаме, основната разлика между хетеротрофите и автотрофите е химическата природа на хранителните вещества, от които се нуждаят. Същността на техните хранителни процеси също е различна. Те изразходват енергия, когато превръщат неорганичните вещества в органични; хетеротрофите не изразходват енергия при хранене. Автотрофите и хетеротрофите се разделят на още две групи в зависимост от използвания енергиен източник (в първия случай) и от хранителния субстрат, използван от микроорганизмите от втория тип.

Сред автотрофите се разграничават фотоавтотрофни и хемоавтотрофни организми. Фотоавтотрофите използват енергията на слънчевата светлина, за да извършват трансформации. Важно е да се отбележи, че в организмите от тази група протича специфичен процес - фотосинтеза (или процес от подобен тип). се превръща в различни органични съединения. Хемоавтотрофите използват енергия, получена от други химични реакции. Тази група включва различни бактерии.

Хетеротрофните микроорганизми се делят на метатрофи и паратрофи. Метатрофите използват мъртви организми като субстрат на органични съединения, докато паратрофите използват живи.

Автотрофите и хетеротрофите заемат определени позиции в Автотрофите винаги са производители - те създават органични вещества, които по-късно преминават през цялата верига. Хетеротрофите стават потребители от различни порядки (като правило животните попадат в тази категория) и разлагащи (гъбички, микроорганизми). С други думи, автотрофите и хетеротрофите образуват трофични връзки помежду си. Има жизненоважно значениеза екологичната ситуация в света, тъй като циркулацията на различни вещества в природата се дължи на трофичните връзки.

Автотрофните организми са способни самостоятелно да произвеждат енергия за извършване на всички жизнени процеси. Как правят тези трансформации? Какви условия са необходими за това? Нека разберем.

Автотрофни организми

Преведено от гръцки език"авто" означава "себе си", а "трофос" означава "храна". С други думи, автотрофните организми получават енергия от химични процеси, протичащи в телата им. За разлика от хетеротрофите, които се хранят само с готови органични вещества.

Повечето представители органичен святпринадлежат към втората група. Животни, гъби, повечето бактерии са хетеротрофи. Растителните организми самостоятелно произвеждат органични вещества. Вирусите също са отделно царство на природата. Но от всички характеристики на живите организми, те са способни да възпроизвеждат собствения си вид само чрез самосглобяване. Освен това, намирайки се извън тялото на гостоприемника, вирусите са абсолютно безвредни и не дават признаци на живот.

растения

Автотрофните организми включват предимно растения. Това е основната им отличителен белег. Те образуват органични вещества, по-специално монозахарида глюкоза, в растителните клетки, в специализирани органели, наречени хлоропласти. Това са пластиди с двойна мембрана, съдържащи зелен пигмент. Условията за протичане на фотосинтеза са също наличието на слънчева светлина, вода и въглероден диоксид.

Същността на фотосинтезата

Въглеродният диоксид навлиза в зелените клетки чрез специални образувания - устицата. Те се състоят от две врати, които се отварят, за да осъществят този процес. Чрез тях се извършва обмен на газ: въглеродният диоксид навлиза в клетката, а кислородът, произведен по време на фотосинтезата, навлиза в клетката. среда. В допълнение към този газ, който е един от необходими условияВ живота растенията произвеждат глюкоза. Те го използват като храна за процесите на растеж и развитие.

За организмите на нашата планета основният източник на енергия е слънчева светлина. Топлината от вулканичен произход и енергията от дълбините могат да се използват леко в метаболитните процеси земна кораи др. Организмите се нуждаят от енергия, за да синтезират собствените си органични вещества от неорганични вещества (автотрофи) или от готови органични вещества (хетеротрофи). Някои от тях използват светлинна енергия за процеси на синтез - това са фототрофни организми. Други организми - хемотрофни - използват енергията на химичните реакции за тази цел. Според естеството на храненето организмите се делят на групи като автотрофи, хетеротрофи и миксотрофи.

. И.И. Деду. 1989 г. (от гръцки "Авто" - себе си и "трофос" - храна, хранене) - организми, които са способни да синтезират свои собствени органични вещества от неорганични, използвайки светлинна енергия ( фотоавтотрофи) или енергия на химичните реакции ( хемоавтотрофи). Автотрофите, основните производители на органична материя в биосферата, осигуряват съществуването на други организми

миксотрофи (от гръцки "Микс" - смесен и "трофос" - храна, хранене) - организми, които имат смесен тип хранене: в света - фотосинтетичен и в неблагоприятни условияпреминете към асимилация на органични съединения. Класически примери за миксотрофи са Euglena green, много видове диатомеи, бактерии от родовете БегиатоаИ Тиотрикси т.н.

Видове хранене на организмите

В биологичните системи енергията съществува в различни форми: химически, електрически, механични, термични и светлинни, които могат да се трансформират един в друг. Универсалният източник на енергия в клетката е АТФ (аденозинтрифосфорна киселина). Във високоенергийните връзки на това съединение се натрупва химическа енергия, която се освобождава по време на реакциите на енергообмен. И едва тогава енергията на АТФ се използва за осигуряване на различни процеси в тялото: химически (за реакции на биохимичен синтез), механични (за движение), електрически (за образуване на нервни импулси), топлинни (за терморегулация), светлинни (за биолуминесценция) и др.

БИОЛОГИЯ +Биолуминесценция (от гръцки Биос - живот и броня. Лумен - светлина) - очевидно светенето на живите организми е свързано с процесите на тяхната жизненост. Вие или Кас е резултат от ензимното окисление на луциферинови протеини с помощта на ензима луцифераза. В този случай химическата енергия се преобразува в светлинна. Биолуминесценцията е много разпространена в природата и се наблюдава сред бактерии, гъби, водорасли и животни. Нощните светлини и някои радиоларии светят; дълбоководни рибикоито привличат плячка със светлина и я използват за комуникация (например в морски риболовци, акули с кадифена шия и др.) , В дълбоководни калмари, насекоми (например в светулки, които светят сезон на чифтосване ) и т.н.