Содержание

ПИТАНИЕ — Питание: автотрофы, гетеротрофы, миксотрофы и пищеварение

Чтобы хорошо жить — нужно хорошо кушать.

Народная мудрость.

§ 1. ПИТАНИЕ.

Питание — это процесс усвоения организмом органических веществ необходимых для восполнения энергетических затрат жизнедеятельности.

Процесс питания принципиально одинаков у всех организмов нашей планеты — будь то бактерии, протисты, растения или животные. Различны только источники поступления пищи в организм: часть организмов сначала делает (синтезирует) питательные (органические) вещества, а затем использует их (съедает и запасает), другая часть организмов должна получить (захватить) уже готовые питательные вещества, которые будет и съедать, и запасать.

Пища = органические вещества (белки, липиды и углеводы, + балластные вещества (физиологически активные, но неусвояемые; а также и ненужные, и неусвояемые — лишние) + минеральные соли.

Организмы способные к синтезу (созданию) питательных органических веществ из неорганических, называют

автотрофы — это большинство высших растений, часть бактерий (в особенности цианобактерии) и часть протистов (так называемые “водоросли”).

Организмы, потребляющие готовые, т.е. созданные другими организмами органические вещества, называют гетеротрофы — это животные, грибы и некоторые другие протесты, большинство бактерий и кое-какие растения (около 638 видов полу- или полностью паразитических).

Помимо автотрофов и гетеротрофов, на нашей планете существуют организмы способные переключаться с одного типа питания на другой. Например, Эвглена зелёная (Euglenaviridis) или Хламидомонада хоботковая (Chlamydomonas proboscigera) имеют в цитоплазме хлоропласты и на свету, как типичный автотроф, вначале синтезируют питательные вещества, а затем съедают их и часть откладывают прозапас. При длительном затенении, то есть в отсутствие возможности фотосинтеза, переключаются на потребление готового органического вещества как типичный гетеротроф: первым потребляется запас, следом перевариваются собственные хлоропласты и, в завершении, начинается “охота” на органические вещества окружающей среды. Подобные организмы называют миксотрофы.

Миксотрофы

Миксотрофы — организмы, которые могут, как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей, некоторые бактерии и др.). См. Автотрофы и Гетеротрофы.[ …]

А существуют ли организмы со смешанным типом питания? Да, их называют миксотрофами (от греч. гшх1з — смешение).[ …]

По мнению Греля (Grell, 1968), жгутиконосцы могут не только перейти от фотосинтеза к органической пище (миксотрофы), но и обладают способностью переходить от упомянутых выше способов питания к гетеротрофному (амфитрофы). Автор считает, что простейшие в большинстве своем гетеротрофы. Во многих случаях миксо-, амфи- или гетеротрофные простейшие могут быть ьыращены аксенически, т. е. без сопутствующих организмов на питательных средах И перейти, например, от питания бактериями к питанию синтетическим питательным раствором.[ …]

Существуют организмы, сочетающие автотрофность с использованием в пищу готовых органических веществ, называемые миксотрофа-ми. Это весьма немногочисленные организмы: хищные растения — росянка; совмещающие фотосинтез с паразитическим питанием — омела.[ …]

Водоросли очень разнообразны по строению и практически все они относятся к автотрофам. Лишь некоторые водоросли являются миксотрофами. Поэтому их роль в биосфере определяется тем, что они создают первичную продукцию в элементарных экосистемах.[ …]

Протококковые за некоторыми исключениями пресноводные организмы. Многие живут во влажной почве, на стволах деревьев. В воде они распространены в планктонных условиях, особенно сценедесмовые. Они нередко являются миксотрофами, развиваясь в большом количестве в присутствии органических веществ, что, например, выражено у хлореллы. Это свойство и обусловливает способность протококковых водорослей развиваться в биофильтрах, где они участвуют в утилизации органических загрязнений стоков. Но важная роль зеленых водорослей в очистке воды состоит не в потреблении органических веществ, а в фотосинтетической аэрации окислительных прудов.

[ …]

Все разнообразие видов живых организмов биосферы связано между собой через питание. Так как питание, образно говоря, — красная нить экологии, весьма важна классификация живого вещества по его способам. При этом различают автотрофы, гетеро-трофы и миксотрофы.[ …]

Субстратами, резко отличными от илов, где слои обитания микробов по крупицам «лепятся» осадками из толщи воды, • являются горные породы, частично выветренные (рухляки), породы из шахт, выброшенные при добыче руд, сами стенки штолен и естественные разломы земной коры. Все это — своеобразная среда обитания микрофлоры, арена деятельности преимущественно хемотрофпых и миксотроф-ных бактерий, добывающих энергию при окислении неорганических веществ (соединений железа, марганца, серы). Содержание сапрофитных бактерий в горных породах невелико, около 2—3 тыс. клеток в 1 г субстрата. В нефтеносных породах даже на глубине 500 и 700 м насчитывается 30—100 млн. клеток в 1 г породы. Глубинные воды практически лишены микроорганизмов (3—300 клеток).

Микрофлора горных пород активно участвует в их выветривании (разрушении) за счет продуктов жизнедеятельности, в том числе серной и других кислот. Легко догадаться, что такие вещества, как торф, бурый и каменный уголь, содержащие лигнин и гумусовые кислоты, также являются пригодными для микробов субстратами. Нефть и углеводороды успешно осваиваются микроорганизмами. Именно с этими процессами связаны надежды (и уже реальные успехи) современного человечества на получение промышленным путем микробной массы (белка) из нефтяных продуктов для использования в качестве корма и пищи. Микробы способны окислять сульфидные руды, выщелачивая серу и повышая содержание металла в них (в первую очередь цветных и редких металлов). Эти процессы лежат в основе активно развивающейся отрасли промышленности — гидрометаллургии, осваивающей с помощью микробов бедные и трудно-перерабатываемые руды.[ …]

Наиболее важную группу бактерий, участвующих в выщелачивании сульфидных минералов, составляют ацидофильные тио-бациллы, принадлежащие к семейству Thiobacteriaceae. Они характеризуются хемосинтетическим метаболизмом и способностью использовать окисление неорганической серы и ее соединений для получения энергии для роста. Поэтому их относят к группе хемолитотрофов. Было показано [414], что эта группа состоит из бактерий трех категорий, т. е. включает автотрофов, которые получают углерод для роста только из диоксида углерода, миксотрофов, которые могут использовать углерод, полученный как из диоксида углерода, так и из органических соединений, и гетеротрофов, единственным источником углерода для которых является органический субстрат. Большинство видов тиобацилл являются мезофильными бактериями, для роста которых оптимальные температуры находятся между 30 и 35 °С. Однако были выделены и умеренно термофильные виды, которые лучше растут при 45—50 °С.[ …]

Интересную мысль о взаимоотношении компонентов в слоевище лишайника высказал в 60-х годах нашего столетия крупнейший советский лихенолог А. Н. О к с н е р. Он пришел к выводу, что водоросль в слоевище лишайника, полностью изолированная от внешней среды грибной тканью, обязательно должна забирать у грибного компонента все необходимые для своего существования вещества, за исключением тех органических соединений, которые она сама вырабатывает на свету в процессе ассимиляции углекислоты.

К этим жизненно необходимым для водоросли веществам относится прежде всего вода, а также минеральные соли, азотистые и некоторые другие неорганические соединения. Следовательно, и водоросль в слоевище лишайника проявляет себя как паразит. Причем это вовсе не противоречит общему характеру ее питания. Как показало изучение лишайниковых водорослей в чистых культурах, многие из них, будучи большей частью автотроф-ными организмами, способны и к миксотроф-ному питанию.[ …]

организмы, способные использовать различные источники углерода и доноры электронов. Миксотрофы могут быть одновременно фототрофами и хемотрофами, л

Пользователи также искали:

гетеротрофы, какие организмы относятся к миксотрофам, лишайники миксотрофы, миксотрофное питание, миксотрофные организмы, миксотрофы эвглена зеленая, миксотрофы примеры, миксотрофы растения, Миксотрофы, миксотрофы, организмы, миксотрофные, миксотрофы эвглена зеленая, лишайники миксотрофы, гетеротрофы, миксотрофное питание, миксотрофные организмы, примеры, растения, эвглена, зеленая, лишайники, какие, относятся, миксотрофам, миксотрофное, питание, миксотрофы растения, миксотрофы примеры, какие организмы относятся к миксотрофам, трофическая экология.

миксотрофы,

Автотрофы | справочник Пестициды.ru

Автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – тип бактерий, выделяемый по типу источников углерода. Объединяет бактерии, получающие углерод из углекислого газа (CO2) и синтезирующие из него необходимые органические вещества[3].

Автотрофы автономны и независимы в развитии от жизнедеятельности других организмов, способны развиваться в минеральных средах. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Одновременно, по типу источников углерода, выделяют бактерии – гетеротрофы. Фитопатогенные микроорганизмы все являются гетеротрофами[3].

Автотрофы: Пурпурные серобактерии.

Автотрофы: Пурпурные серобактерии.

1) Ectothiorhоdospira.

2) Thiоspirillum.

3) Chrоmatium.

4) Thiоcystis.

5) Thiоdictyon.

6) Thiоcapsa[2].

Путь синтеза углекислоты

Синтез воспринятой углекислоты (CO2) в сложные органические соединения происходит путем хемосинтеза, то есть окисления химических соединений. Таким образом, автотрофы обладают способностью синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических – углекислого газа, аммиака, нитритов, сероводорода[1].

Автотрофы не нуждаются в органических соединениях углерода, входящих в состав других живых организмов и не являются болезнетворными[3][1].

Разновидности автотрофных бактерий

Отдельные виды автотрофных бактерий способны питаться подобно зеленым растениям за счет фотосинтеза. В частности пурпурные серобактерии вырабатывают особый пигмент сходный по типу с хлорофиллом – бактериопурпурин. При помощи данного фермента пурпурные бактерии используют световую энергию (фотосинтез) для построения органических веществ клетки из углекислого газа и неорганических солей[1].

В числе автотрофов установлены бактерии, обладающие способностью усваивать углерод не только из углекислого газа окружающего воздуха, но и из органических соединений. Это так называемые миксотрофы (организмы со смешанным типом питания)[3][1].

 

Составитель: Григоровская П.И.

 

Страница внесена: 28.07.20 14:05

Последнее обновление: 12.04.21 13:24

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Госманов Р.Г., Галиуллин А. К., Волков А.Х., Ибрагимова А.И. Микробиология: Учебное пособие. — 2-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2017. — 496 с.

2.

Кондратьева Е. Н. Автотрофные прокариоты. – М.: Изд-во Московского университета, 1996

3.

Пилькевич Н.Б., Виноградов А.А., Боярчук Е.Д. Основы микробиологии: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – Луганск: Альма-матер, 2008. — 192 с.

Свернуть Список всех источников

Урок № 21. «Классификация живых организмов по способу питания и механизму превращения энергии»

Методическое пособие уроков с видеоматериалами

Тип урока — комбинированный

Методы: частично-поисковый, про­блемного изложения, репродуктивный, объясни­тельно-иллюстративный.

Цель:

— осознание учащимися значимости всех обсуждаемых вопросов, умение строить свои отношения с природой и обществом на основе уважения к жизни, ко всему живому как уникальной и бесценной части биосферы;

Задачи:

Образовательные: показать множественность факторов, действующих на организмы в природе, относительность понятия «вредные и полезные факторы», многообразие жизни на планете Земля и варианты адаптаций живых существ ко всему спектру условий среды обитания.

Развивающие: развивать коммуникативные навыки, умения самостоятельно добывать знания и стимулировать свою познавательную активность; умения анализировать информацию, выделять главное в изучаемом материале.

Воспитательные: 

Воспитывать культуру поведения в природе, качества толерантной личности, прививать интерес и любовь к живой природе, формировать устойчивое положительное отношение к каждому живому организму на Земле, формировать умение видеть прекрасное.

УУД

Личностные: познавательный интерес к экологии.. Понимание не­обходимости получения знаний о многообразии биотических связей в природных со­обществах для сохранения естественных биоценозов. Способность выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе. Потребность в справедливом оценивании своей работы и работы одноклассников

Познавательные: умение работать с различными источниками информации, пре­образовывать её из одной формы в другую, сравнивать и анализировать информацию, делать выводы, готовить сообщения и презентации.

Регулятивные: умение организовать самостоятельно выполнение заданий, оценивать правильность выполнения работы, рефлексию своей деятельности.

Коммуникативные: участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товари­щей по классу, выступать перед аудиторией, используя мультимедийное оборудование или другие средства демонстрации

Планируемые результаты

Предметные: знать — понятия «среда обитания», «экология», «экологические факторы» их влияние на живые организмы, «связи живого и неживого»;. Уметь — определять понятие «биотические факторы»; характеризовать биотические факторы, приводить примеры.

Личностные: высказывать суждения, осуществлять поиск и отбор информации; анализировать связи, сопоставлять, находить ответ на проблемный вопрос

Метапредметные: связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география. Планировать действия с поставленной целью; находить необходимую информацию в учебнике и справочной литературе; осуществлять анализ объектов природы; делать выводы; сформулировать собственное мнение.

Форма организации учебной деятельности – индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой и учебником, с ЦОР.

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Изучение нового материала

По способу питания все организмы подразделяются на автотрофов и гетеротрофов

Автотрофы — осуществляют превраще­ние неорганических веществ в органические (зеленые растения и некоторые микроорганизмы).

Гетеротрофы — используют для питания готовые органические вещества (паразитные высшие растения, грибы, некоторые микроорганизмы, все животные и человек).

Существуют организмы и со смешанным типом питания, ко­торые П. Пфеффер назвал миксотрофами.

По механизму превращения неорганических веществ в орга­нические среди автотрофов можно выделить фототрофы и хемотрофы.

Фототрофы (фотосинтез) — зеленые растения, сине-зеленые водоросли и др.

Хемотрофы (хемосинтез) — серные бактерии и др.

Среди гетеротрофов, по современной классификации Дж. М. Андерсона, выделяются три категории организмов: некро- трофы, биотрофы и сапротрофы.

Некротрофы — убивают объект питания (человек, хищники).

Биотрофы питаются за счет других живых организмов (паразиты, кровососы и др.).

Сапротрофы — питаются отмершей органикой.

Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быст­ро исчерпали бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже стал возможен примитивный круговорот веществ:


 

Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеро- трофы их потребляют. При этом происходит расщепление орга­нических веществ. Если продукты расщепления вновь использу­ются автотрофами, возникает круговорот веществ и энергии меж­ду организмами, населяющими экосистему.

Используя солнечную энергию и вещества из атмосферы, во­ды и почвы, растения синтезируют органические соединения. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из ко­торого они образуют свои ткани, и источником энергии, необхо­димой им для поддержания своих функций.

Для высвобождения запасенной ими химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные не органические компоненты: -оксид углерода (IV), воду, нитраты, фосфаты и др. , завершая тем самым круговорот веществ

По отношению к трофическим (пищевым) связям организмы экосистемы подразделяются на продуцентов, консументов и реду­центов

Продуценты (производители первичной продукции) — организмы-автотрофы — представляют комплекс зеленых растений, обеспечивающих органическим веществом все живое население нашей планеты.

Консументы (потребляю) — организмы- гетеротрофы, потребляющие органические вещества, созданные продуцентами. К ним относятся животные, большинство микро­организмов, частично насекомоядные растения.

Редуценты (восстановители, де­структоры) — организмы, разлагающие органические вещества и превращающие их в неорганические вещества, усваиваемые дру­гими организмами. К редуцентам относятся: бактерии, грибы, сапрофаги, копрофаги, некрофаги и др. Они являются завершаю­щим звеном биологического круговорота веществ.

Итак, экосистема представляет собой любое непрерывно ме­няющееся единство, включающее все организмы на данном уча­стке и взаимодействующее с окружающей средой таким образом, что поток энергии создает определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.

Вопросы и задания

1. Дайте краткую характеристику организмов по способу питания: автотрофы, гетеротрофы, миксотрофы

2. Чем фототрофы отличаются от хемотрофов?

3. Приведите примеры продуцентов, консументов и редуцентов.

Автотрофное питание. Фотосинтез

 

 

 

Автотрофное питание. Хемосинтез

 

 

 

Гетеротрофы

 

 

 

Гетеротрофный обед венериной мухоловки

 

 

 

Редуценты консументы продуценты реферат

 

 

Ресурсы:

С. В. Алексеев. Экология: Учебное пособие для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений разных видов. СМИО Пресс, 1997. — 320 с

Сайт YouTube: https://www. youtube.com /

Хостинг презентаций

— http://ppt4web.ru/nachalnaja-shkola/prezentacija-k-uroku-okruzhajushhego-mira-vo-klasse-chto-takoe-ehkonomika.html


 

Автотрофное и гетеротрофное питание: что это такое?

Гетеротрофные организмы

К гетеротрофным организмам относятся все животные и человек, а также некоторые паразитические растения и бактерии. Среди этих растений можно выделить группу растений паразитов и растений-хищников.

ГЕТЕРОТРОФЫ, организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества (обычно ткани растений или животных) через процесс, известный как гетеротрофное питание. Трудно переоценить роль автотрофов в природе: именно они оказываются первичными продуцентами органического вещества, которое затем используется всеми другими живыми организмами — гетеротрофами.

Гетеротрофные организмы (животные, грибы , часть прокариот ) не могут создавать органические соединения непосредственно из неорганических. К консументам относятся по преимуществу животные, включая, естественно, и человека. Редуценты — заключительное звено в пищевой цепи и экологической пирамиде.

Все остальные живые существа, населяющие нашу планету, не способны использовать солнечную энергию и синтезировать органические вещества из неорганических соединений. У растений, фотосинтезирующих бактерий этот путь используется с наступлением темноты, с прекращением фотосинтеза. Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами.

Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое «тело» из неорганических соединений.

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.

Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО2 воздуха, но и из органических соединений.

Автотрофные и гетеротрофные организмы

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.

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. Организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными. Некоторые автотрофы — фотосинтезирующие зеленые растения — могут усваивать небольшое количество органических соединений.

Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах. 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.

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. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система.

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».

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.

Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание.

Все животные и грибы — гетеротрофы. Все растения делятся на две группы по типу использования питательных веществ – автотрофы и гетеротрофы. Одноклеточная эвглена на свету зеленая и автотроф, а в темноте бесцветная и гетеротроф. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Хотя между автотрофами и гетеротрофами есть принципиальное различие, резкой границы между ними иногда провести не удается (как это часто бывает в природе вообще).

Автотрофное питание

Вспомните из учебника «Растения. Бактерии. Гри бы и лишайники», в чем сущность фотосинтеза. В ка ких органоидах клетки он протекает? Какие вещества участвуют и какие синтезируются при фотосин тезе?

Какие условия необходимы для фотосинтеза?

Жизнь на Земле зависит от автотрофных организмов. Почти все органические вещества, необходимые для жи -вых клеток, производятся в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез (от греч. фотос — свет и синтезис — соединение, сочетание) — превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами неорганических веществ (воды и углекислого газа) в органические за счет солнечной энергии, которая преобразуется в энергию химических связей в молекулах органических веществ.

Рис. 55. Дж. Пристли (1783—1804) и его опыт

История открытия и изучения фотосинтеза. В течение нескольких веков ученые-биологи пытались разгадать тайну зеленого листа. Долгое время считалось, что растения создают питательные вещества из воды и минеральных веществ.

Открытие роли зеленого листа принадлежит не биологу, а химику — английскому ученому Джозефу Пристли (рис. 55).

В 1771 г., изучая значение воздуха для горения веществ и дыхания, он поставил следующий опыт. В герметичный стеклянный сосуд он поместил мышь и убедился через некоторое время в том, что она, израсходовав на дыхание весь кислород воздуха, погибла. Но если рядом с ней ставили живое растение, то мышь продолжала жить. Следовательно, воздух в сосуде оставался хорошим. Пристли сделал важный вывод: растения улучшают воздух, насыщая его кислородом, — делают его пригодным для дыхания.

Так впервые была установлена роль зеленых растений. Пристли первым высказал предположение и о роли света в жизнедеятельности растений.

Большой вклад в изучение фотосинтеза внес русский ученый К.А. Тимирязев (рис. 56). Он исследовал влияние различных участков спектра солнечного света на процесс фотосинтеза и установил, что фотосинтез наиболее эффективен в красных лучах. Тимирязев доказал, что, усваивая углерод в присутствие солнечного света, растение преобразует его энергию в энергию органических веществ.

В своей работе «Солнце, жизнь и хлорофилл» К. А. Тимирязев подробно описал и научно обосновал свои опыты. Его методы лабораторных исследований использовали другие ученые для последующих работ по изучению фотосинтеза. Актом авторитетного признания научных заслуг ученого явилось приглашение Климента Аркадьевича Тимирязева в 1903 г. в Лондонское королевское общество для чтения знаменитой лекции «Космическая роль растений». За свои работы по изучению фотосинтеза он был избран почетным доктором ряда западноевропейских университетов.

Фазы фотосинтеза.

В процессе фотосинтеза энергетически бедные вода и углекислый газ превращаются в энергоемкое органическое вещество — глюкозу. При этом солнечная энергия аккумулируется в химических связях этого вещества. Кроме того, в процессе фотосинтеза в атмосферу выделяется кислород, который используется организмами для дыхания.

Рис.56. Климент Аркадьевич Тимирязев(1843 — 1920)

В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две фазы — световую и темновую (рис.57).

Рис. 57. Общая схема фотосинтеза

Рис.58. Интенсивность фотосинтеза в разных спектрах света

В световую фазу благодаря солнечной энергии происходит возбуждение молекул хлорофилла и синтез АТФ. Одновременно с этой реакцией под действием света разлагается вода (Н20) с выделением свободного кислорода (02).

Этот процесс назвали фотолизом (от греч. фотос — свет и лизис — растворение). Образовавшиеся ионы водорода связываются с особым веществом — переносчиком ионов водорода (НАДФ) и используются в следующей фазе.

Для протекания реакций темповой фазы наличие света необязательно.

Источником энергии здесь служат синтезированные в световую фазу молекулы АТФ. В темповой фазе происходит усвоение углекислого газа из воздуха, его восстановление ионами водорода и ооразование глюкозы благодаря использованию энергии АТФ.

Влияние условий среды на фотосинтез. При фотосинтезе используется только 1% солнечной энергии, падающей на лист. Фотосинтез зависит от целого ряда условий среды. Во-первых, наиболее интенсивно этот процесс протекает под влиянием красных лучей солнечного спектра (рис. 58). Степень интенсивности фотосинтеза определяется по количеству выделившегося кислорода, который вытесняет воду из цилиндра. Скорость фотосинтеза зависит также и от степени освещенности растения.

Увеличение продолжительности светового дня приводит к росту продуктивности фотосинтеза, т. е. количества образуемых растением органических веществ.

Значение фотосинтеза.

Продукты фотосинтеза используются:

  • организмами в качестве питательных веществ, источника энергии и кислорода для процессов жизнедеятельности;
  • в производстве человеком продуктов питания;
  • в качестве строительного материала для построек жилищ, в производстве мебели и др.

Человечество своим существованием обязано фотосинтезу. Все запасы горючего на Земле — это продукты, образованные в результате фотосинтеза. Используя уголь и древесину, мы получаем энергию, которая была запасена в органических веществах при фотосинтезе. Одновременно в атмосферу выделяется кислород. По подсчетам ученых, без фотосинтеза весь запас кислорода был бы израсходован за 3000 лет.

Хемосинтез.

Кроме фотосинтеза, известен еще один способ получения энергии и синтеза органических веществ из неорганических.

Некоторые бактерии способны извлекать энергию путем окисления различных неорганических веществ. Для создания органических веществ им не нужен свет.

Процесс синтеза органических веществ из неорганических, проходящий благодаря энергии окисления неорганических веществ, называют хемосинтезом (от лат. хемия — химия и греч. синтезис — соединение, сочетание).

Хемосинтезирующие бактерии были открыты русским ученым С.Н.Виноградским. В зависимости оттого, при окислении какого вещества выделяется энергия, различают хемосинтезирующие железобактерии, серобактерии и азотобактерии.

Упражнения по пройденному материалу

  1. Дайте определение фотосинтеза.Какое значение имеет этот процесс для жизни на Земле?
  2. Какие вещества образуются в световую фазу фотосинтеза?
  3. Назовите основные реакции темповой фазы. За счет какой энергии синтезируется глюкоза?
  4. В чем основное отличие хемосинтеза от фотосинтеза?
  5. Объясните, почему в процессе исторического развития органического мира фотосинтезирующие организмы заняли господствующее положение по сравнению с хемосинтезирующими.

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы)

Автотрофы – это те живые организмы, которые способны получать продукты питания из неорганических соединений, то есть органические вещества из неорганических веществ, к примеру, с кислорода или же солнечного света.

Автотрофы – это живые существа, составляющие первую грань в общей пирамиде пищевой цепочки.

В природе автотрофы обеспечивают едой гетеротрофов – те живые организмы, которые питаются уже органическими соединениями.

Образ жизни

Все автотрофы – это простейшие растения и бактерии, живущие либо же на поверхности земного шара или же в недрах морей, океанов, озер, рек и т.д.

В образе жизни растений всем и так известно, как в принципе и бактерий, так что данный вопрос можно глубоко не рассматривать.

Питание

Автотрофов и гетеротрофов различает лишь способ питания.

Как уже говорилось, автотрофы способны питаться неорганическими соединениями, а автотрофы могут питаться только тем, что для них подготовили автотрофы. Не все автотрофы одинаковы, так различают фототрофов и хемотрофов. Чем они отличаются?

Дело в том, что фототрофы получают энергию от солнечных лучей, а хемотрофы от химических реакций (углеводорода, серы, металлы и другие).

Способ питания фототрофов называется фотосинтезом.

Таким образом питаются все же зеленые растения на планете, а также ряд водорослей и бактерий. Источником важного для из жизни углерода, является углекислый газ.

Размножение

Чаще всего размножение происходит с помощью спор, почкования, деления клеток из одной на две, с помощью распыления семян и так далее.

Внешний вид

Почти все фототрофы выглядят как зеленые растения: деревья, кусты, травы и многое другое, что мы привыкли видеть в повседневной жизни.

К хемотрофам можно причислить большое количество паразитирующих организмов и бактерий (сальмонелла).

К хемотрофам также относятся грибы.

А большинство микроорганизмов можно увидеть только под микроскопом. Для построения своего тела, автотрофы чаще всего используют такие неорганические вещества как воздух, вода и, конечно же, почва.

Среда обитания

Автотрофы обитают по всему земному шару – на каждом континенте, в каждой стране и даже в других живых организмах, некоторые даже паразитируют на них.

Автотрофы обитают не только на поверхности земли, но и под водой, даже на дне океана.

Интересные факты

  • эвглена зелёная – одноклеточная водоросль, может быть и автотрофом, и гетеротрофом: днем она питается энергией Солнца, то есть является автотрофом, а когда Солнце заходит, она становиться гетеротрофом;
  • зеленые растения в результате фотосинтеза превращают углекислый газ в кислород;
  • углекислый газ – это отходы жизнедеятельности, а кислородом мы можем дышать, как и другие живые организмы-гетеротрофы.

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления веществ и энергии извне.

Процесс потребления веществ и энергии называют питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности.

Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное.

ПрокариотыДробянкиБактерии++++
Архебактерии++++
Цианобактерии++——
ЭукариотыРастенияБагрянки+———
Настоящие водоросли+———
Высшие растения+—Очень редко?
ГрибыНизшие——Редко+
Высшие——Редко+
ЖивотныеПростейшие——+Очень редко
Многоклеточные——++

Живые организмы в зависимости от типа питания делят на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы (автотрофные организмы).

Это организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения, некоторые бактерии). Другими словами, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей.

В зависимости от источника энергии автотрофы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.

Фототрофы — организмы, использующие для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии).

Хемотрофы — организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы).

Это организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы, большинство бактерий).

По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные). Осмотрофы поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).

По состоянию источника пищи гетеротрофы подразделяют на биотрофов и сапротрофов.

Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты.

Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги).

Среди них встречаются детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), копрофаги (питаются экскрементами) и др.

Миксотрофы.

Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному (смешанному типу) питания. Организмы со смешанным типом питания называют миксотрофами. Они могут синтезировать органические вещества из неорганических соединений и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

Автотрофное питание. Фотосинтез, его значение

Автотрофное питание, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических, включает фотосинтез и хемосинтез (у некоторых бактерий).

Фотосинтез протекает у растений, цианобактерий.

Фотосинтез – это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах овальной формы, содержащих хлорофилл, который определяет окраску зеленых частей растения. У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах, имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты.

Фотосинтез обеспечивает органическим веществом не только растения, но и животных, которые ими питаются.

То есть является источником пищи для всего живого на планете.

Выделяющийся при фотосинтезе кислород, поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем в его отсутствие.

Что делает использование пищи гораздо более эффективным, привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.

Все это позволяет говорить о планетарной роли фотосинтеза и необходимости охраны лесов, которые называют «легкими нашей планеты».

2.Характеристика царства животных. Роль животных в природе. Среди готовых микропрепаратов простейших найдите эвглену зеленую. Объясните, почему эвглену зеленую ботаники относят к растениям, а зоологи – к животным.

К царству животных относятся гетеротрофные организмы, являющиеся фаготрофами, т.е. поглощающие пищу более или менее крупными частями, «кусочками». В отличие от грибов, которые всасывают питательные вещества в виде растворов (осмотрофы).

Для животных характерна подвижность, хотя некоторые кишечнополостные во взрослом состоянии ведут оседлый образ жизни.

Также у большинства животных имеется нервная система, обеспечивающая ответную реакцию на раздражения.

Животные могут быть растительноядными, плотоядными (хищники, падальщики) и всеядными.

В природе животные являются консументами, потребляют готовое органическое вещество и значительно ускоряют круговорот веществ в экосистемах и биосфере в целом.

Животные способствуют процветанию многих видов растений, являясь опылителями, распространяя семена, разрыхляя почву, обогащая ее экскрементами. Морским животным, обладающим известковым скелетом, мы обязаны образованием запасов мела, известняка, способствующих постоянной концентрации углекислого газа в атмосфере.

Эвглена зеленая, одноклеточное живое существо, занимает промежуточное положение в систематике, обладая особенностями, присущими разным царствам.

Она имеет хлоропласты и на свету питается с помощью фотосинтеза. При наличии в воде растворенных органических веществ, особенно в темноте, она их поглощает, переходя на гетеротрофное питание.

Наличие жгутика обеспечивает подвижность, что также роднит ее с животными.

Объясните биологическое значение безусловных и условных рефлексов. Составьте схему рефлекторной дуги (безусловного рефлекса) и объясните, из каких частей она состоит. Приведите примеры безусловных рефлексов человека.

Учение о рефлексах связано с трудами отечественного физиолога Ивана Михайловича Сеченова.

Рефлексом называют ответную реакцию организма на раздражение, осуществляемую при участии нервной системы.

Рефлексы бывают безусловные – врожденные и условные – приобретенные в течение жизни.

Безусловные рефлексы обеспечивают выживание организма и вида в постоянных условиях среды и на ранних этапах жизни. К ним относятся защитные (мигание при попадании соринки в глаз), ориентировочные (изучение окружающего мира), пищевые (сосание у детей, выработка слюны).

Инстинкты тоже носят врожденный характер, их иногда рассматривают как сложную последовательность безусловных рефлексов. Важнейшим инстинктом является продолжение рода.

Для приспособления к новым условиям служат условные рефлексы. Они образуются при наличии определенных условий и обеспечивают наилучшую ответную реакцию. Примером условного рефлекса является прилет птиц к знакомой кормушке, распознавание съедобного и несъедобного (поначалу птенец клюет все подряд) , обучение собаки командам.

Рефлекторная дуга безусловного коленного рефлекса включает:

1.рецептор – окончание чувствительного нейрона,

2. нервные пути, по которым сигнал передается в центральную нервную систему – чувствительный нейрон, который передает сигнал в спинной мозг,

3. исполнительный нейрон в передних корешках спинного мозга, передающий ответную команду,

4. орган, производящий ответную реакцию, — мышца.

Большинство дуг других рефлексов включают дополнительно вставочные нейроны.

По способу питания хемосинтезирующих бактерий относят к

1)автотрофам 2)симбионтам 3)сапротрофам 4)фототрофам

Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии окисления сероводорода до серной кислоты, относят к

1)сапротрофам 2)фототрофам 3)гетеротрофам 4)хемотрофам

К организмам с автотрофным типом питания относят

1)высшие растения 2)животных 3)грибы 4)болезнетворные бактерии

Плесневые грибы по способу питания относят к

1)гетеротрофам 2)хемотрофам 3)симбионтам 4)паразитам

22. Установите соответствие между группой организмов и процессом превращения веществ, который для неё характерен.

ГРУППА ОРГАНИЗМОВ

А)папоротникообразные Б)железобактерии В)бурые водоросли

Г)цианобактерии Д)зеленые водоросли Е)нитрифицирующие бактерии

ПРОЦЕСС

1)фотосинтез 2)Хемосинтез

Свободный азот из атмосферы способны усваивать

1)травянистые растения 2)микроорганизмы почвы

3)шляпочные грибы 4)почвенные животные

Бактерии гниения по типу питания относят к

1)хемосинтетикам 2)фотосинтетикам 3)сапротрофам 4)Симбионтам

Нитрифицирующие бактерии относят к

1)хемотрофам 2)фототрофам 3)сапротрофам 4)гетеротрофам

Готовыми органическими веществами питаются организмы

1)автотрофы 2)гетеротрофы 3)хемотрофы 4)фототрофы

27. Какие организмы используют энергию окисления неорганических веществ для синтеза органических соединений?

1)гетеротрофы 2)симбионты 3)хемотрофы 4)сапротрофы

К автотрофам относятся

1)растения-паразиты 2)плесневые грибы 3)кровососущие насекомые 4)бурые водоросли

К эукариотам, которым свойствен гетеротрофный способ питания, относят

1)растения 2)бактерии 3)грибы 4)бактериофагов

30. Какой способ питания характерен для молочнокислых бактерий?

1)автотрофный 2)гетеротрофный 3)фототрофный 4)хемотрофный

1. Первыми в пищевой цепи являются …?А) гетеротрофы Б) автотрофы В) миксотрофы Г)

А) гетеротрофы Б) автотрофы В) миксотрофы Г) редуценты

2. Как еще называют автотрофов?

А) консументы Б) продуценты В) редуценты

3. Как называют организмов, которые питаются готовыми органическими веществами?

А) автотрофы Б) гетеротрофы В) редуценты Г) продуценты

4. Гетеротрофные организмы подразделяются на . ..

А) консументов и редуцентов Б) консументов и продуцентов

В) продуцентов и редуцентов

5. Кто в пищевой цепи питается продуцентами?

А) автотрофы

Б) консументы 1-го порядка

В) консументы 2-го порядка

Г) редуценты

6. На каком трофическом уровне находятся консументы 2-го порядка?

А) 1 Б) 2 В) 3 Г) 4

7. Как называется цепь, которая начинается с зелёных растений и идёт далее к пасущимся растительноядным животным, а от них — к плотоядным?

А) пастбищная Б) детритная В) разложения Г) трофическая

8) Наземные цепи питания, в основе которых лежат пищевые связи, начинаются с растений, так как:

а) они обеспечивают все живые организмы пищей и энергией;

б) на Земле существует огромное разнообразие растений;

в) растения расселились во все среды обитания;

г) численность растений каждого вида очень высокая.

9) Определите правильно составленную пищевую цепь:

а) ястреб > дрозд > гусеница > крапива;

б) крапива > дрозд > гусеница > ястреб;

в) гусеница > крапива > дрозд > ястреб;

г) крапива > гусеница > дрозд > ястреб.

10) Главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ:

а) реакции, протекающие в земных недрах;

б) органические вещества тел животных;

в) солнечное излучение;

г) хемосинтезирующие организмы.

11) Количество энергии, передаваемой с одного трофического уровня на другой, составляет от количества энергии предыдущего уровня:

а) 1 %; б) 5 %; в) 10 %; г) 15 %.

12) Согласно правилу пирамиды чисел общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном:

а) уменьшается;

б) увеличивается;

в) остается неизменным;

г) изменяется по синусоидному графику (циклически).

1 3) Ряд организмов, в котором от предшествующего организма к последующему происходит передача вещества, называют:

а) экологической пирамидой массы;

б) экологической пирамидой энергии;

в) цепью питания;

г) саморегуляцией.

14) Потери вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой составляют:

а) 10 %; б) 90 %; в) 0 %; г) 20 %.

Помогите пожалуйста​

Разница между гетеротрофами и автотрофами

Углерод настолько важен для живых существ, что жителей Земли иногда называют «углеродной жизнью». Автотрофы и гетеротрофы — две основные категории живых организмов. Автотрофы — это те организмы, которые способны извлекать неочищенный углерод из атмосферы и превращать его в соединения, богатые энергией; Напротив, гетеротрофы — это те организмы, которые не могут производить свою собственную углеродную пищу и должны получать ее, потребляя другие материалы — очень часто те же самые, которые производятся автотрофами.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Автотрофы, такие как растения, сами производят еду. Гетеротрофы, такие как люди, едят продукты, произведенные другими организмами.

Что такое автотрофы?

Автотрофные организмы называются «производителями», потому что они создают себе пищу; Слово «автотрофный» по-гречески означает «самокормление». Небольшое количество бактерий, включая древнюю группу архей, способны производить пищу из серы или других химических реакций, но большинство автотрофов полагаются на солнечный свет.В результате они известны как «фототрофы», группа, которая включает в себя оставшиеся автотрофные бактерии, а также растения.

Автотрофы и фотосинтез

Одно из наиболее распространенных видов автотрофного поведения называется «фотосинтезом». В этом процессе специализированные молекулы захватывают углерод из воздуха и связывают его с водой, используя энергию солнечного света. Следуя стандартной научной терминологии, согласно которой молекулы, использующие воду, называются «гидратами», образующееся углеродное соединение известно как «углевод».«Поскольку он удаляет свободно плавающий атмосферный углерод и превращает его в твердую форму, этот фотосинтетический процесс известен как« фиксация углерода ». Способность фиксировать углерод является основным отличием автотрофов от гетеротрофов.

Что такое гетеротрофы?

Большинство форм жизни, включая большинство бактерий, не могут связывать углерод и должны получать свою энергию, потребляя либо органические соединения, произведенные автотрофами, либо полагаясь на восстановление серы или водорода.Примеров гетеротрофов много. Животные, в том числе люди, являются гетеротрофами, наряду с грибами и большинством одноклеточных организмов, не обладающих клеточным ядром. Многие автотрофы способны потреблять углеводы, производимые автотрофами, и поэтому являются частью более крупного углеродного цикла, охватывающего большинство форм жизни.

Посередине: миксотрофы

Не все организмы четко разделяются на гетеротрофов и автотрофов. Если организм должен производить свои собственные углеродные соединения, а не потреблять те, которые производятся другими, это известно как «облигатный» автотроф.Однако некоторые бактерии и другие микроорганизмы могут либо получать углерод в результате автотрофной активности, либо полагаться на другой органический материал для этого. Эти организмы имеют более сложные научные названия, основанные на точной природе их производства энергии, но попадают в общую категорию «миксотрофов», сочетающих гетеротрофную и автотрофную активность.

Сосуществование миксотрофов, автотрофов и гетеротрофов в сообществах планктонных микробов

Abstract

Мы исследуем, при каких обстоятельствах допускается сосуществование микроорганизмов, следующих различным стратегиям питания, с помощью математической модели.Эта модель включает четыре типа питания, обычно встречающиеся в планктонных экосистемах: (1) гетеротрофные бактерии, которые потребляют растворенное органическое вещество и являются добычей некоторых других организмов; (2) гетеротрофные зоофлагелляты, полностью зависящие от бактериальной добычи; (3) фототрофные водоросли, которые зависят только от света и неорганических питательных веществ, и (4) миксотрофы, которые фотосинтезируют, поглощают неорганические питательные вещества и поедают бактериальную добычу. Миксотрофы характеризуются параметром, представляющим пропорциональное смешение фототрофных и гетеротрофных стратегий питания.Варьируя этот параметр, был исследован ряд миксотрофных стратегий в гипотетических местообитаниях, различающихся по запасам света, растворенного органического углерода и растворенного неорганического фосфора. Миксотрофы, выражающие широкий спектр миксотрофных стратегий, сохранялись в модельных местообитаниях с низким поступлением фосфора, но только те, у которых стратегия в основном автотрофна, сохранялась с высоким снабжением питательными веществами, и то только тогда, когда поступление света было также высоким. Было предсказано, что организмы, представляющие все четыре стратегии питания, будут сосуществовать в местообитаниях с высоким содержанием фосфора и света.Сосуществование включает в себя хищничество зоофлагеллят и миксотрофов, уравновешивающее высокую конкурентоспособность бактерий по фосфору, разделение частично перекрывающихся ресурсов между всеми популяциями и, возможно, неравновесную динамику. В большинстве местообитаний стратегия, направленная на максимальное увеличение численности миксотрофов, заключается в том, чтобы в основном обеспечивать фотосинтез и удовлетворять потребности в питании за счет потребления бактерий.

Ключевые слова

Миксотрофия

Сосуществование

Конкурс ресурсов

Фитопланктон

Бактериопланктон

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2009 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Экология миксотрофов: больше, чем сумма его частей

Морские микробные экосистемы представляют собой важную взаимосвязь в системе Земли, связывая фотосинтез и биологическую продуктивность с глобальными циклами питательных веществ и климатом. Каждый год морская биота экспортирует миллиарды тонн органического углерода в глубокие океаны, поддерживая океанический заповедник, который оказывает глубокое сдерживающее воздействие на наш климат (1). Наше нынешнее представление об этих важных микробных экосистемах в значительной степени сформировано макроскопическим земным миром, который мы видим вокруг нас. В частности, различие между фотосинтетическим фитопланктоном и гетеротрофным зоопланктоном отражает хорошо известное различие между растениями и животными. Хотя это различие интуитивно понятно, очень многие виды, лежащие в основе морских пищевых сетей, не поддаются такой строгой классификации (2). Эти гибкие организмы, известные как миксотрофы, не только используют энергию солнца для поглощения питательных веществ и роста, но также могут убивать и поедать другой планктон.В настоящее время мы знаем, что миксотрофия — это образ жизни по умолчанию для многих одноклеточных планктонов, и мы знаем, что они часто доминируют в морских сообществах (3). Однако остается значительная неопределенность в отношении того, как разные условия окружающей среды приводят к миксотрофии в широком диапазоне экологических градиентов. Хотя для объяснения экологической ниши миксотрофов был разработан ряд гипотез, у нас нет конкретного понимания того, как факторы окружающей среды формируют баланс между различными источниками питания в этих сообществах. Таким образом, было сложно проверить обоснованность гипотез и оценить, как экологическая роль миксотрофов может повлиять на глобальную функцию экосистемы, биогеохимические циклы и климат. В PNAS Эдвардс (4) представляет новый синтез полевых наблюдений и математического моделирования, который помогает восполнить этот пробел в знаниях.

На основании наблюдаемого преобладания миксотрофов в морских сообществах был разработан ряд концептуальных моделей с целью определения экологических ограничений и функциональных последствий миксотрофного питания.Наряду с этими концептуальными моделями, для количественной оценки вероятной экологической и биогеохимической роли миксотрофов использовались численные модели, встроенные в моделируемые представления океанической среды (5, 6). В глобальном масштабе модели предполагают, что присутствие миксотрофии может повысить эффективность трофического переноса, поддерживая более крупные организмы на более высоких трофических уровнях и увеличивая секвестрацию углерода в океане (7). Общей темой для многих из этих концептуальных и численных моделей является то, что миксотрофы часто имеют преимущество, потому что они обладают способностью преодолевать несоответствия между экологическим предложением и физиологическим спросом на ключевые ресурсы.Хотя, по определению, фитопланктон связан с наличием света и неорганических (или, по крайней мере, неживых) источников питательных веществ, а зоопланктон подвержен ограничениям, налагаемым на них качеством и количеством своей добычи, миксотрофы могут смешиваться и сочетаться , взяв то, что доступно из одного или обоих пулов ресурсов, для достижения сбалансированного снабжения энергией и необходимыми соединениями (8). Эдвардс (4) формализует эту гипотезу в виде математической модели, предоставляя четкие аналитические решения и сопоставляя их с наблюдениями.

Анализ ясно показывает, как сообщество, ограниченное как питательными веществами, так и углеродом, намного сильнее выбирает миксотрофию, чем сообщество, ограниченное исключительно питательными веществами. В сильно стратифицированных олиготрофных круговоротах чрезвычайно ограниченный запас питательных веществ в эвфотической зоне быстро поглощается сообществом высококонкурентного бактериопланктона (9). Возникающая в результате нехватка неорганических питательных веществ ограничивает способность к строго фотоавтотрофному росту более крупного (и менее конкурентоспособного) фитопланктона.На другом конце трофического спектра гетеротрофный зоопланктон может питаться сообществом бактериопланктона, но становится ограниченным по углероду из-за своей потребности в энергии для вдыхания углерода от своей (относительно) обогащенной питательными веществами добычи. В отсутствие миксотрофии мы бы увидели сосуществование ограниченного по питательным веществам фитопланктона (неспособного получить доступ к запасам питательных веществ сообщества жертв) вместе с зоопланктоном с ограниченным содержанием углерода (неспособным использовать свет). В этом контексте преимущества миксотрофии можно отнести к взаимодополняемости автотрофии, ограниченной питательными веществами, и гетеротрофии, ограниченной углеродом (рис. 1). Анализ Эдвардса (4) показывает, что миксотрофия выбирается из гораздо более узкого диапазона физиологических параметров, если вся система ограничена исключительно доступом к питательным веществам. В таком случае преимущества комбинирования трофических стратегий просто аддитивны и должны быть компенсированы любыми дополнительными затратами, связанными с универсализмом. Напротив, когда каждая стратегия ограничена ресурсом, который другая предоставляет в избытке, общая способность к росту становится больше, чем сумма ее частей.

Рис. 1.

Схематическое изображение физиологических ограничений клеток фитопланктона, зоопланктона и миксотрофов в хорошо освещенной, бедной питательными веществами океанской среде. Строго фотоавтотрофный фитопланктон ограничен питательными веществами [в данном случае растворенным неорганическим азотом (DIN)], поскольку конкурирующий бактериопланктон уступает ему место в питательных веществах. Строго гетеротрофный зоопланктон потребляет эту обогащенную питательными веществами бактериальную добычу, при этом дополнительные потребности в дыхании приводят к ограничению углерода. Миксотрофы выбраны в этой системе, потому что поедание добычи позволяет им получить доступ к большему количеству азота, чем фитопланктон, в то время как фотосинтез дает им доступ к большему количеству углерода, чем зоопланктон. Хл, хлорофилл.

В поддержку этой гипотезы Эдвардс (4) представляет компиляцию измерений, описывающих распространенность автотрофных, миксотрофных и гетеротрофных нанофлагеллят — важной группы одноклеточных эукариот размером от 2 до 20 мкм. Сопоставленные данные четко подтверждают прогнозы модели, показывая, что миксотрофия становится относительно более распространенной как в ярко освещенных, но бедных питательными веществами субтропических океанах, так и в гораздо более продуктивных водах прибрежных океанов.Это подтверждает предыдущие выводы о том, что миксотрофия является особенно доминирующей стратегией в олиготрофных круговоротах (3, 9), но хотя предыдущая работа была сосредоточена на пользе миксотрофов от потребляемых кормом питательных веществ (в конкуренции со специализированным фитопланктоном), это исследование подчеркивает одновременную важность фотосинтетический рост органического углерода и энергии (в конкуренции со специализированным зоопланктоном) (рис. 1).

Одна из проблем понимания роли и функции миксотрофии в морских сообществах заключается в том, что этот физиологический механизм неотделим от зачастую сложного экологического контекста.Ключевым достижением работы Эдвардса (4) является упрощение этой системы, сосредоточение внимания на одной таксономической группе в устойчивом состоянии и определение, в очень общем смысле, того, как меняющиеся условия окружающей среды влияют на различные трофические стратегии. Тем не менее, это в некоторой степени идеализированная устойчивая точка зрения на то, что, несомненно, является сложным и многогранным явлением. Миксотрофия встречается у очень широкого круга видов, которые распространены по филогенетическому древу жизни (10), и существует значительное разнообразие способов сочетания автотрофных и гетеротрофных признаков (11).Стокер (12), например, идентифицировал три преимущественно автотрофные группы, которые используют добычу для углерода, азота или следовых соединений, и две преимущественно гетеротрофные группы, которые используют фотосинтез для задержки голодания или для повышения метаболической эффективности. Совсем недавно альтернативная схема классифицирует виды на ряд групп, сравнивая те, которые способны синтезировать и регулировать свои собственные хлоропласты, с теми, которые используют хлоропласты, «украденные» у их добычи (13). Эти схемы получили эмпирическую поддержку в результате компиляции таксономических (14) и геномных (15) полевых данных с различными паттернами глобальной биогеографии, подразумевающими особую экологическую нишу для каждой из функциональных групп.

Миксотрофное питание наблюдалось во всех морских биомах, из которых лишь некоторые из них можно разумно предположить, что они приблизились к экологическому равновесию. Помимо своего доминирования в стабильных олиготрофных круговоротах, миксотрофы также успешны в высокодинамичных средах, трофическая гибкость которых упоминается как механизм, позволяющий справиться с истощением питательных веществ после цветения фитопланктона в умеренных широтах (16, 17) или при отсутствии света во время полярная зима (18). Помимо преимуществ уравновешивания спроса и предложения на ресурсы, миксотрофы также, как было показано, получают преимущество благодаря хищничеству внутри гильдии (19) [или стратегии «съесть своего конкурента» (20)]. К таким механизмам можно напрямую обратиться только с помощью более сложных моделей, но понимание, полученное с помощью упрощенных, но аналитически поддающихся обработке моделей, несомненно, поможет в их интерпретации. Кроме того, с большим количеством данных должно быть возможно достичь более четкого глобального синтеза экологических тенденций путем разработки надежных эмпирических взаимосвязей между численностью миксотрофов и более легко наблюдаемыми экологическими переменными, такими как цвет и температура океана.

С точки зрения понимания морских биогеохимических циклов и их влияния на климат, синергетическое сочетание питательных веществ, полученных от добычи, с фотосинтетической фиксацией углерода подчеркивает важность не только миксотрофии, но и объединения моделей океана с множеством питательных веществ с реалистичным представлением гибкого планктона физиология (7).Недавняя работа подчеркивает ценность количественного синтеза между концептуальными моделями и полевыми наблюдениями: определение того, какие условия делают миксотрофию благоприятной стратегией, как факторы окружающей среды и экологические факторы влияют на баланс автотрофных и гетеротрофных признаков и каково комплексное влияние на функцию глобальной экосистемы. В частности, тщательный синтез моделей и наблюдений помогает идентифицировать наиболее важные факторы, влияющие на экологию миксотрофов, одновременно обеспечивая непротиворечивость нашего интуитивного понимания любых наблюдаемых закономерностей.

Сноски

  • Автор: B.A.W. написал газету.

  • Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

  • См. Сопутствующую статью на странице 6211.

2.18: Автотрофы и гетеротрофы — биология LibreTexts

Назовите одно из основных различий между растением и животным.

Есть много различий, но с точки зрения энергии все начинается с солнечного света. Растения поглощают энергию солнца и превращают ее в продуктов питания. Вы можете часами сидеть на солнце. Вы почувствуете тепло, но вы не собираетесь поглощать энергию. Вы должны есть, чтобы получить энергию.

Автотрофы против гетеротрофов

Живые организмы получают химическую энергию одним из двух способов.

Автотрофы, показаны на Рис. ниже, накапливают химическую энергию в углеводных молекулах пищи, которые они создают сами. Продукты питания — это химическая энергия, хранящаяся в органических молекулах. Пища дает как энергию для работы, так и углерод для построения тел.Поскольку большинство автотрофов трансформируют солнечный свет в пищу, мы называем процесс, который они используют, фотосинтез . Только три группы организмов — растения, водоросли и некоторые бактерии — способны к этой животворной трансформации энергии. Автотрофы производят пищу для себя, но они также производят достаточно, чтобы поддерживать другую жизнь. Практически все другие организмы полностью зависят от этих трех групп в отношении производимой ими пищи. производителей , также известных как автотрофы, начинают пищевых цепочек , которые кормят все живое.Пищевые цепи будут обсуждаться в концепции «Пищевые цепи и пищевые сети».

Гетеротрофы не могут самостоятельно готовить пищу, поэтому они должны есть или поглощать ее. По этой причине гетеротрофы также известны как потребителей . Потребителями являются все животные и грибы, а также многие простейшие и бактерии. Они могут потреблять автотрофов или других гетеротрофов или органических молекул других организмов. Гетеротрофы демонстрируют большое разнообразие и могут показаться гораздо более интересными, чем производители. Но гетеротрофы ограничены нашей полной зависимостью от тех автотрофов, которые изначально создавали нашу пищу.Если растения, водоросли и автотрофные бактерии исчезнут с Земли, вскоре исчезнут и животные, грибы и другие гетеротрофы. Вся жизнь требует постоянного поступления энергии. Только автотрофы могут преобразовать этот конечный солнечный источник в химическую энергию пищи, которая питает жизнь, как показано на рис. ниже.

Фотосинтетические автотрофы, которые производят пищу, используя энергию солнечного света, включают (а) растения, (б) водоросли и (в) некоторые бактерии.

Фотосинтез обеспечивает более 99 процентов энергии для жизни на Земле.Гораздо меньшая группа автотрофов — в основном бактерии в темноте или в среде с низким содержанием кислорода — производят пищу, используя химическую энергию, хранящуюся в неорганических молекулах, таких как сероводород, аммиак или метан. В то время как фотосинтез преобразует энергию света в химическую энергию, этот альтернативный метод приготовления пищи передает химическую энергию от неорганических молекул к органическим. Поэтому он называется хемосинтез и характерен для трубчатых червей, показанных на рис. ниже. Некоторые из недавно обнаруженных хемосинтезирующих бактерий населяют глубокие океанические источники горячей воды или «черных курильщиков».Там они используют энергию газов из недр Земли для производства пищи для множества уникальных гетеротрофов: гигантских трубчатых червей, слепых креветок, гигантских белых крабов и бронированных улиток. Некоторые ученые считают, что хемосинтез может поддерживать жизнь под поверхностью Марса, луны Юпитера, Европы и других планет. Экосистемы, основанные на хемосинтезе, могут показаться редкими и экзотическими, но они также иллюстрируют абсолютную зависимость гетеротрофов от автотрофов в качестве пищи.

Пищевая цепочка показывает, как энергия и материя текут от производителей к потребителям.Материя перерабатывается, но энергия должна продолжать поступать в систему. Откуда эта энергия? Хотя эта пищевая цепочка «заканчивается» разложителями, действительно ли разлагатели переваривают материю с каждого уровня пищевой цепи? (см. концепцию «Потока энергии».)

Трубчатые черви глубоко в Галапагосском разломе получают энергию от хемосинтезирующих бактерий, живущих в их тканях. Пищеварительная система не нужна!

Производство и использование продуктов питания

Поток энергии через живые организмы начинается с фотосинтеза.Этот процесс сохраняет энергию солнечного света в химических связях глюкозы. Разрывая химические связи в глюкозе, клетки высвобождают накопленную энергию и вырабатывают необходимый им АТФ. Процесс, в котором глюкоза расщепляется и образуется АТФ, называется клеточным дыханием .

Фотосинтез и клеточное дыхание — две стороны одной медали. Это видно из Рис. ниже. Продукты одного процесса являются реагентами другого. Вместе эти два процесса накапливают и высвобождают энергию в живых организмах.Эти два процесса также работают вместе, чтобы рециркулировать кислород в атмосфере Земли.

На этой диаграмме сравниваются фотосинтез и клеточное дыхание. Он также показывает, как связаны эти два процесса.

Фотосинтез

Фотосинтез часто считается самым важным жизненным процессом на Земле. Он превращает световую энергию в химическую, а также выделяет кислород. Без фотосинтеза в атмосфере не было бы кислорода.Фотосинтез включает множество химических реакций, но их можно суммировать в одном химическом уравнении:

6CO 2 + 6H 2 O + Энергия света → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 .

Фотосинтетические автотрофы улавливают световую энергию солнца и поглощают углекислый газ и воду из окружающей среды. Используя световую энергию, они объединяют реагенты, чтобы произвести глюкозу и кислород, который является побочным продуктом. Они хранят глюкозу, обычно в виде крахмала, и выделяют кислород в атмосферу.

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание фактически «сжигает» глюкозу для получения энергии. Однако он не производит легкого или сильного тепла, как некоторые другие типы горения. Это потому, что он высвобождает энергию глюкозы медленно, многими небольшими шагами. Он использует выделяемую энергию для образования молекул АТФ. Клеточное дыхание включает в себя множество химических реакций, которые можно суммировать следующим химическим уравнением:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + Химическая энергия (в АТФ)

Клеточное дыхание происходит в клетках всего живого. Это имеет место в клетках как автотрофов, так и гетеротрофов. Все они сжигают глюкозу с образованием АТФ.

Перейти к основному содержанию Поиск