Одноклеточные автотрофы. Автотрофные и гетеротрофные организмы. Антропогенные воздействия на атмосферу и ее защита

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

АВТОТРОФЫ [от авто... и ...троф(ы) ], самопитающиеся , 1) живые организмы, сами производящие необходимые им вещества; 2) живые организмы с точки зрения функций, выполняемых ими в процессе обмена веществом и энергией в экосистемах. Одни А. (гелиоавтотрофы - зеленые растения, синезеленые водоросли) органических вещество, необходимое для роста и воспроизводства, создают из неорганического, используя в качестве источника энергии солнечную радиацию, другие (хемоавтотрофы - некоторые бактерии) - за счет энергии химических реакций (хемосинтез). Составляя в пищевой (трофической) цепи звено продуцентов, А. служат единственным источником энергии для гетеротрофов, которые, таким образом, полностью зависят от первых. Иногда А. называют литотрофами; имеется в виду, что “пищевые продукты” для А. полностью поступают из мира минералов в форме двуокиси углерода (СО 2), сульфата (О 4 , нитрата NO 3) и др. неорганических компонентов (“камней”). См. также Гетеротрофы , Консументы .

Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии . И.И. Дедю . 1989 .

Автотрофы

организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений (как правило, из диоксида углерода и воды), продуценты экосистем, создающие первичную биологическую продукцию. А. находятся на первом трофическом уровне в экосистемах и передают органические вещества и содержащуюся в них энергию гетеротрофам - консументам и редуцентам. Большинство А. являются фотоавтотрофами, которые имеют хлорофилл. Это - растения (цветковые, голосеменные, папоротникообразные, мхи, водоросли) и цианобактерии. Они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода, используя неисчерпаемую и экологически чистую солнечную энергию. А.-хемоавтотрофы (серобактерии, метанобактерии, железобактерии и др.) для синтеза органических веществ используют энергию окисления неорганических соединений. Вклад хемоавтотрофов в суммарную биологическую продукцию биосферы незначителен, однако эти организмы составляют основу хемоавтотрофных экосистем гидротермальных оазисов в океанах.

EdwART. Словарь экологических терминов и определений , 2010

Смотреть что такое "Автотрофы" в других словарях:

Современная энциклопедия

- (от авто... и греч. trophe пища питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества,… … Большой Энциклопедический словарь

Автотрофы - (от авто... и греческого trophe пища, питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Организмы, способные использовать углекислоту в качестве единственного или главного источника углерода и обладающие системой ферментов для ее ассимиляции, а также способные синтезировать все компоненты клетки. Некоторые А. могут нуждаться в… … Словарь микробиологии

Сокр. назв. организмов автотрофных. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

автотрофы - – организмы, синтезирующие из неорганических веществ все необходимые для жизни органические вещества … Краткий словарь биохимических терминов

- (от авто... и греч. trophē пища, питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества,… … Энциклопедический словарь

- (др. греч. αὐτός сам + τροφή пища) организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических. Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными… … Википедия

автотрофы - autotrofai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Organizmai, sintetinantys organines medžiagas iš neorganinių junginių (anglies dioksido ir vandens). atitikmenys: angl. autotrophic organisms; autotrophics vok. autotrophe… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Организмы, синтезирующие нужные им органические вещества из неорганических соединений. К автотрофам относятся наземные зелёные растения (образуют органические вещества из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза), водоросли, фото– и… … Биологический энциклопедический словарь

На Земле проживает огромное множество живых существ. Для удобства их изучения исследователи классифицируют все организмы по различным признакам. По все живое оказывается разделенным на две большие группы - автотрофы и гетеротрофы. Кроме того, выделяется группа миксотрофов - это организмы, приспособленные к обоим типам питания. В этой статье мы разберем особенности жизнедеятельности двух основных групп и выясним, чем отличаются автотрофы от гетеротрофов.

Автотрофы - организмы, самостоятельно синтезирующие из неорганических. В этой группе оказываются некоторые виды бактерий и почти все организмы, принадлежащие к В ходе своей жизнедеятельности автотрофы утилизируют различные неорганические вещества, поступающие извне (углекислый газ, азот, сероводород, железо и другие), задействуя их в реакциях синтеза сложных органических соединений (в основном это углеводы и белки).

Как мы видим, главное отличие гетеротрофов от автотрофов заключается в химической природе необходимых им питательных веществ. Отличается и сущность процессов их питания. затрачивают энергию при преобразовании неорганических веществ в органические, гетеротрофы энергию при питании не затрачивают. Автотрофы и гетеротрофы разделяются еще на две группы в зависимости от используемого источника энергии (в первом случае) и от пищевого субстрата, используемого микроорганизмами второго типа.

Среди автотрофов выделяют фотоавтотрофные и хемоавтотрофные организмы. Фотоавтотрофы для осуществления превращений используют энергию солнечного света. Важно отметить, что в организмах этой группы происходит конкретный процесс - фотосинтез (или процесс схожего с ним типа). превращется в различные органические соединения. Хемоавтотрофы используют энергию, полученную в результате других химических реакций. К этой группе относятся различные бактерии.

Гетеротрофные микроорганизмы разделяют на метатрофы и паратрофы. Метатрофы в качестве субстрата органических соединений используют мертвые организмы, паратрофы - живые.

Автотрофы и гетеротрофы занимают определенные позиции в Автотрофы всегда являются продуцентами - они создают органические вещества, которые позже проходят путь через всю цепь. Гетеротрофы становятся консументами различных порядков (как правило, в этой категории оказываются животные) и редуцентами (грибы, микроорганизмы). Иными словами, автотрофы и гетеротрофы образуют между собой трофические связи. Это имеет важнейшее значение для экологической обстановки в мире, поскольку именно за счет трофических связей осуществляется круговорот различных веществ в природе.

Автотрофные организмы способны самостоятельно вырабатывать энергию для осуществления всех процессов жизнедеятельности. Как они осуществляют эти превращения? Какие условия для этого необходимы? Давайте узнаем.

Автотрофные организмы

В переводе с греческого языка "авто" означает "сам", а "трофос" - "пища". Другими словами, автотрофные организмы получают энергию от химических процессов, происходящих в их организмах. В отличие от гетеротрофов, которые питаются только готовыми органическими веществами.

Большинство представителей органического мира относятся ко второй группе. Животные, грибы, большинство бактерий являются гетеротрофами. Растительные организмы самостоятельно производят органические вещества. Вирусы также являются отдельным царством природы. Но из всех признаков живых организмов они способны только к воспроизведению себе подобных путем самосборки. Причем, находясь вне организма хозяина, вирусы абсолютно безвредны и не проявляют признаков жизни.

Растения

К автотрофным организмам относятся прежде всего растительные. Это их основной отличительный признак. Органические вещества, в частности моносахарид глюкозу, они образуют в Он происходит в растительных клетках, в специализированных органоидах, которые называются хлоропласты. Это двумембранные пластиды, содержащие зеленый пигмент. Условиями протекания фотосинтеза также являются наличие солнечного света, воды и углекислого газа.

Суть фотосинтеза

Углекислый газ поступает в зеленые клетки через особые образования - устьица. Они состоят из двух створок, которые размыкаются для осуществления этого процесса. Через них и происходит газообмен: углекислый газ поступает в клетку, а кислород, образующийся в процессе фотосинтеза, - в окружающую среду. Кроме этого газа, который является одним из необходимых условий жизни, растения образуют глюкозу. Они используют ее как продукт питания для процессов роста и развития.

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.