Меню

Хемотрофное питание что это такое



Характеристики хемосинтеза: какие вещества образуются, роль и значение

Получите помощь лучших авторов по вашей теме

По способу получения энергии все живые организмы делятся на гетеротрофные и автотрофные. Первые из них питаются уже готовыми органическими веществами, а вторые синтезируют органические соединения из неорганических. Для обеспечения процессов биосинтеза большинство автотрофных организмов используют энергию солнечного света (фотосинтетики, фототрофы). Значительно меньшая группа относится к хемосинтетикам (хемотрофам).

Что такое хемосинтез

Хемосинтез – самый древний способ питания, который появился значительно раньше фотосинтеза. При нем получение энергии живыми организмами происходит за счет химической реакции окисления неорганических веществ.

Хемосинтез рассматривается в биологии как уникальное явление. Хемотрофы ни напрямую, ни косвенно не зависят от солнечного света. Единственным исключением являются нитрофицирующие бактерии, так как они окисляют аммиак, образующийся в процессе гниения органических соединений.

Автором открытия явления хемосинтеза (1887 г.) является известный русский микробиолог Виноградский С. Н. Ему удалось выделить из почвы некоторые микроорганизмы, которые для построения органических соединений используют углекислый газ, а энергию получают в результате химических реакций по окислению молекулярного водорода, неорганических соединений сурьмы, железа, азота или серы. Это совершенно иной тип живых организмов, которые Виноградский назвал «хемолитоавтотрофными», а тип их жизнедеятельности – «минеральным дыханием». В настоящее время этот процесс называется хемосинтезом.

Для кого характерен такой тип питания

Хемосинтез используется только некоторыми прокариотами. Практически все они обитают в местах недоступных для жизни других организмов, куда не проникают кванты света и где отсутствует кислород. Например, они живут на дне глубоких разломов земной коры и на большой глубине (3-4 км) океанов.

К хемотрофным организмам относятся:

  1. Тионовые бактерии. Обладают способностью окислять молекулярную серу, сульфиды, сульфиты и тиосульфаты до серной кислоты. Внутри клеток отложение серы не наблюдается. Практически все представители тионовых бактерий способны выживать в экстремально кислой среде с pH до 3 и менее. Они способны осуществлять окисление двухвалентного и металлического железа, выщелачивать из руд тяжелые металлы и выдерживать их высокие концентрации.
  2. Водородные бактерии. Энергию получают за счет окисления молекулярного водорода. Являются умеренными термофилами и способны выживать при температуре 50-60° С.
  3. Нитрифицирующие бактерии. Способны окислять остающийся в результате гниения аммиак до азотистой и азотной кислот. Последние вступают в реакции с минералами почвы, в результате которых образуются нитраты и нитриты.
  4. Серобактерии. Получают энергию за счет окисления сероводорода до молекулярной серы или сульфатов. В отличии от тионовых способны накапливать серу внутри своих клеток.
  5. Железобактерии. Их жизнедеятельность напрямую связана с реакцией окисления двухвалентного железа до трехвалентного.

Особенности процесса

Для синтеза органических соединений из неорганических и получения энергии бактерии-хемотрофы имеют специальный ферментный аппарат.

Нитрофицирующие азотофиксирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты, которая в дальнейшем вступает во взаимодействие с минералами почвы с образованием нитратов. Химический процесс протекает в две стадии:

  1. \(2NH_3+3O_3→2HNO_2+2H_2O+158\) ккал.
  2. \(2HNO_2+O_2→2HNO_3+38\) ккал.

Серобактерии получают энергию за счет реакции окисления сероводорода до молекулярной серы:

Если реакция протекает в условиях недостатка сероводорода, то молекулярная сера подвергается дальнейшему окислению:

Железобактерии преобразуют двухвалентное железо в трехвалентное:

Хемосинтетики являются типичными автотрофами, способными получать энергию при окислении неорганических веществ и использующими ее для синтеза органических соединений.

Образующаяся энергия накапливается в бактериальных клетках в виде молекул АТФ. Они в дальнейшем используются для образования из углекислого газа глюкозы и других органических веществ. Процесс аналогичен темновой фазе фотосинтеза и описывается следующим уравнением химической реакции:

\(6CO_2 + 24H+ + AТФ ‎‎→ C_6H_<12>O_6 + 6H_2O\)

Отличие от фотосинтеза

И хемосинтез, и фотосинтез являются способами автотрофного питания. Их сходство заключается в образовании энергии, накоплении ее в виде молекул АТФ и последующем использовании для синтеза органических соединений.

Но эти два процесса имеют и свои различия. Хемосинтез характерен только для небольшой группы архей и бактерий. Если при фотосинтезе источником энергии выступают кванты света, то при хемосинтезе – энергия, выделяющаяся в ходе различных окислительно-восстановительных реакций. Признаком хемотрофиков является отсутствие хлорофилла, который обязательно присутствует у фототропиков.

При осуществлении синтеза органики фотосинтетики используют в качестве источника углерода исключительно углекислый газ. В отличии от них хемосинтетики способны усваивать углерод и из других соединений: уксусной кислоты, карбонатов, метанола, муравьиной кислоты, угарного газа.

Роль и значение в круговороте веществ

Процесс хемосинтеза играет огромную роль во многих экологических процессах:

  • серобактерии образуют серные месторождения, а за счет образования серной кислоты выщелачивают руды, ускоряют разрушение горных пород; также находят применение на очистных сооружениях, очищая промышленные стоки от серы;
  • нитрофицирующие бактерии осуществляют круговорот азота в биосфере, повышают урожайность сельскохозяйственных культур;
  • железобактерии образуют отложения болотных железных руд;
  • водородные бактерии окисляют водород, накапливающийся в почве результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов, в народном хозяйстве их используют для получения кормового и пищевого белка.

Источник

Типы питания организмов — автотрофный и гетеротрофный способы питания

Типы питания живых организмов

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности.

Читайте также:  Детское питание вредна ли рисовая

Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное .

Автотрофы (автотрофные организмы) – организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, 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) – организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах.

По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов (голозоев) 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 делятся 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.

Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы – организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

Источник

Разница между хемотрофами, автотрофами и гетеротрофами

Способ питания организма является одной из характеристик, позволяющих разнести живые существа по таксономическим категориям. Конечно, можно шутить на тему, что способ питания определяет сознание, но сегодня на планете существует всего три способа получения жизненной энергии.

Хемотрофы

Хемотрофы существуют благодаря своей способности получать энергию в процессе окислительных или восстановительных реакций органических и неорганических веществ. В качестве «пищи» хемотрофам подойдет все: сероводород и метан, сера и углеводы, двухвалентное железо и белок, жиры и углеводороды. Желательно, чтобы в процессе хемосинтеза участвовала вода и газ. Одним хемотрофам обязательно нужен кислород, другим хватит метана.

Классическими представителями хемотрофов являются бактерии. Благодаря своей «всеядности» эти организмы могут существовать практически в любой среде, от впадины термального или сильно минерализированного водоема до внутренних органов человека, от куска хлеба или плоти до колбы с нефтью. Кстати, примером полезной деятельности хемотрофов может стать история про образование минеральной воды типа «Нафтуся». Атмосферные осадки просачиваются в насыщенные нефтью подземные полости. Десяток лет и бактерии полностью перерабатывают смесь жидкостей, превращая их в целебный напиток.

Автотрофы

Автотрофы живут благодаря тому, что в процессе эволюции они приспособились самостоятельно получать жизненную энергию, используя для этого солнечный свет и углекислый газ. Типичными примерами автотрофов являются растения и зеленые бактерии. И, естественно, процесс преобразования CO2 и воды под действием солнечных квантов в органические вещества, в большинстве случаев в глюкозу, называется фотосинтезом.

Драцена. Характерный представитель автотрофов

Благодаря своей способности самостоятельно продуцировать необходимую им энергию растения-автотрофы лежат в основе пищевой пирамиды.

Гетеротрофы

Гетеротрофы сами энергию не продуцируют, а занимаются тем, что поедают тех, кто это делает. Чтобы выжить, они должны «заправиться» веществами экзогенного происхождения. Их пищеварительная система ориентирована на расщепление полимеров, произведенных другими организмами, до удобоваримых мономеров.

В списке гетеротрофов значатся все животные, грибы, некоторые виды бактерий и отдельные растения. Например, 30 видов хищницы раффлезии, заразиха или петров крест.

Петров крест. Гетеротроф. Питается корнями деревьев, врастая в них

Сами гетеротрофы поделены на 2 группы: консументы и редуценты. Консументы только потребляют произведенные автотрофами органические вещества. Редуценты же способны разлагать потребленные органические вещества до уровня неогранических.

Группа консументов поделена на несколько уровней. Например, консументом первого уровня будет антилопа, поедающая зеленую траву, или мышка, объедающая пшеничный колосок. Консументом второго порядка может стать лев, поужинавший антилопой, или сова, словившая мышку. Консументом третьего порядка станет гиена, доевшая убитого льва, или рысь, поймавшая сову.

Редуцентами являются грибы и бактерии гниения. Их задача – разложить остатки живых существ до уровня простых органических или неогранических соединений, пригодных для употребления автотрофами и хемотрофами.

Источник

Что в биологии называют автотрофами? Какие живые организмы к ним относятся?

Все живые существа по типу питания можно разделить на два вида: автотрофы и гетеротрофы.

Каждый организм нуждается в питании для поддержания своей жизнедеятельности. Именно автотрофы составляют основу пищевой пирамиды, обеспечивая питательными веществами гетеротрофов.

Тем не менее подобное деление в биологии весьма условно – между ними не всегда существует четкая грань. Некоторые организмы способны питаться и тем, и другим способом. Их называют миксотрофами.

Читайте также:  Микросхемы для питания от аккумуляторов

Кто такие автотрофы

Автотрофы — это организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений. Все вещества, необходимые для развития и жизнедеятельности, они способны получить из окружающей среды.

Важнейший элемент, входящий в состав клеток любой формы жизни – углерод и его соединения. Для организмов, использующих автотрофный тип питания, его источником является углекислый газ.

Типы автотрофов

Существует два типа автотрофов: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Фотоавтотрофы

Фотоавтотрофы получают энергию от солнечного света и преобразуют ее в питательные вещества. Этот процесс называется фотосинтезом. В процессе фотосинтеза не только солнечный свет превращается в энергию, но из атмосферы также берется углекислый газ, а вместо него выделяется кислород.

Хемоавтотрофы

Хемоавтотрофы — это организмы, которые синтезируют органические вещества из неорганических при помощи хемосинтеза. Хемосинтез — это процесс, в результате которого некоторые бактерии и археи, преобразовывают химическую энергию в питательные вещества. Они могут использовать в качестве восстановителей такие неорганические соединения, как сероводород, сера, аммоний и железо, а также синтезировать органические соединения из углекислого газа. Хемоавтотрофы встречаются в экстремальной среде обитания, например, в глубоководных источниках, куда не проникает солнечный свет. К ним относятся метаногены, галофилы, нитрификаторы, термоацидофилы, сероокисляющие бактерии и другие экстремофилы.

Характеристика автотрофов

Для протекания процессов метаболизма живому существу необходима энергия, получаемая извне. Этот источник должен быть доступен, поскольку в связи со своим строением, большинство автотрофов практически неподвижны.

Таким образом, источником энергии для них является солнечный свет или эффект химических реакций. По такому признаку все автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов.

Фототрофам для создания органических соединений необходим свет. Благодаря присутствию в клетках хлоропластов, данный вид автотрофов способен фотосинтезировать. В этом процессе кванты света в ходе сложного химического взаимодействия превращаются в питательные вещества.

Хемотрофы получают энергию другим способом – из реакций окисления некоторых химических соединений.

Кроме этого другие посетители написали Ещё 2 ответа

Хемоавтотрофы — организмы, чаще всего бактерии, которые образуют органические вещества, за счет энергии окисления неорганических веществ. Очень напоминают фотоавтотрофов, но тут другой источник энергии, не солнечный свет. примеры: серобактерии и сульфатредуцирующие бактерии (получают энергию из соединений серы — сероводорода и сульфатов)нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии (получают энергию из соединений азота — аммиака и нитритов и нитратов)железобактерии (окисление Fe2+ до Fe3+)водородные бактерии (окисляют водород)!Не стоит путать с цианобактериями — это фотоавтотрофы, осуществляют фотосинтез и с клубеньковыми бактериями(азотфиксирующими)- это хемогетеротрофные симбионты бобовых растений, фиксируют азот и делятся его соединениями с растением, а от растения получают глюкозу.

Хемоавтотрофы это организмы, которые синтезируют органические вещества за счёт энергии реакций окисления неорганических веществ.К ним относятся : железобактерии, серобактерии, нитрифицирующие бактерии и водородные бактерии.Хемоавтотрофы являются разновидностью автотрофов.

Хемоавтотрофы — это микроорганизмы, которые используют химическую энегрию , освобождающуюся при окислении неорганических веществ (таких как аммиак, сероводород, закисное железо Fеа+ и др.), для синтеза органических веществ из неорганического источника углерода. К ним относятся:-железобактерии-серобактерии-нитрифицирующиеся бактерии-водородные бактерии

Какие организмы относятся к автотрофам

Энергия света и углекислого газа обеспечивает жизнь подавляющего количества автотрофов – растений, к которым также относятся и мхи.

Водоросли, представляющие собой наиболее древний и простой тип растений, многообразны, а многих из них можно разглядеть только в микроскоп. Даже одноклеточные водоросли, такие как хлорелла, способны к фотосинтезу.

Содержание хлорофилла в клетках – прерогатива не только растений. Некоторые бактерии также содержат этот пигмент и способны синтезировать питательные вещества из световой энергии.

Цианобактерии – одни из древнейших микроорганизмов, питающихся подобным образом и выделяющих кислород. Возможно благодаря им атмосфера молодой Земли наполнилась кислородом миллиарды лет назад.

Микроскопические водоросли и зеленые бактерии способны вступать в симбиоз с грибами. В результате такого взаимодействия образуется симбиотический организм – лишайник.

Каждый участник симбиоза вносит свой вклад – водоросли и цианобактерии добывают питательные вещества с помощью фотосинтеза, а гриб поглощает готовые элементы.

Совмещение различных типов питания встречается не только у лишайников. Некоторые растения помимо автотрофного питания усваивают полезные вещества из тел других организмов – насекомых, мелких животных.

Такие растения называются плотоядными и используют различные виды ловушек для поимки жертвы.


Венерина мухоловка

Например, росянка использует клейкие волоски на кончиках листьев, листья венериной мухоловки захлопываются, а ловушка непентеса выглядит как кувшин с крышкой.

Некоторые одноклеточные водоросли также являются миксотрофами. К примеру, клеточная поверхность хламидомонады способна поглощать жидкость со всеми микроорганизмами, что там находятся.

Бактериям эвглены зеленой, чья модель поведения зависит от освещенности, может быть присуща автотрофность или гетеротрофность.

Хемотрофный тип питания распространен гораздо меньше. Энергию, которая выделяется как результат реакции окисления, способны поглощать простейшие микроорганизмы. Их уникальность заключается в независимости от энергии Солнца.

Эти микроорганизмы могут приспосабливаться к экстремальным условиям обитания – на дне океана, куда не проникает свет, в телах живых существ, в горячих гейзерах.

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофные организмы еще называют фотосинтезирующими микроорганизмами. Световая энергия, которую поглощают фототрофы, помогает биосинтезу клеточных компонентов и энергозависимым процессам, обеспечивающим рост бактерий.

Читайте также:  Ужин по правильному питанию для похудения

Фототрофы представлены:

  • Зелеными и пурпурными бактериями,
  • Гелиобактериями,
  • Цианобактериями,
  • Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Это интересно: какая часть клетки является самой главной?

Самыми древними фотосинтезирующими автотрофами являются зеленые и пурпурные бактерии. Именно с них начались исследования фототрофной группы. По организации своей группы они похожи с сине-зелеными водорослями. Они получили название сине-зеленых бактерий, или цианобактерий, так как они являются прокариотами. Но по фотосинтезирующей форме, составу хлорофиллов и пигментам зеленые и пурпурные серобактерии сильно отличаются от других фототрофов.

Фотосинтез происходит в хлоропластах — специальных зеленых пластидах, расположенных в клетках. Хлоропласты содержат в себе хлорофилл, являющийся пигментом, окрашивающим части автотрофов в зеленый оттенок. Процесс происходит только при наличии воды и углекислого газа, выделяющегося из живых организмов при дыхании. Большая часть фототрофов выделяет кислород, который жизненно необходим объектам живой природы.

Это интересно: что такое атф-молекула, ее функции и роль в организме.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

  • Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр,
  • Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую,
  • Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Это интересно: о единстве органического мира свидетельствуют какие факторы?

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

Автотрофы и гетеротрофы – сходства и отличия

В связи с различиями в способах питания, организмы серьезно отличаются между собой внешне и на клеточном уровне. Они занимают разные места в пищевой цепочке, используют отличные друг от друга вещества для поддержания своей жизни.

Сравнительная характеристика автотрофов и гетеротрофов

Признак Автотрофы Гетеротрофы
Место в пищевой цепи Продуцент – производит питательные вещества самостоятельно. Консумент – потребляет готовые вещества.
Редуцент – перерабатывает органические элементы до неорганических.
Источник энергии для реакций метаболизма Солнечная энергия.
Энергия, которая выделяется в результате химической реакции.
Органические вещества
Запас углеводов Крахмал Гликоген
Наличие клеточной стенки – оболочки клетки, выполняющей функции защиты. Есть Нет
Реакция на внешние раздражители Отсутствует Присутствует
Системы органов Вегетативные и репродуктивные Соматические и репродуктивные

Тем не менее, являясь тесно связанными между собой представителями жизни на планете Земля, автотрофы и гетеротрофы имеют также схожие черты – потребность в питании, воде, кислороде, солнечном свете.

Определение понятия

Автотрофами называются существа, способные самостоятельно производить органические соединения из неорганических. Именно такое краткое определение можно дать этим организмам.

Несложно понять, что значит этот вид питания, — все необходимые для выживания вещества они получают из окружающей среды. Таким образом, можно отметить основные характеристики автотрофов:

  • поглощают солнечную энергию и используют ее для синтеза органических соединений;
  • в светлое время суток выделяют кислород;
  • на свету поглощают углекислый газ;
  • способны самостоятельно синтезировать из простых неорганических соединений органические.

В состав любой живой клетки на планете входит углерод либо его соединения. Жизнь на Земле основана именно на этом элементе. Организмы, использующие автотрофный способ питания, получают углерод из углекислого газа.

Роль автотрофных и гетеротрофных организмов в биосфере

Кормильцы живой природы – подходящее определение для автотрофов. Именно они создают органику из неорганических элементов и тем самым обеспечивают пищей гетеротрофов – человека, животных, грибы, бактерий.

Некоторые микроскопические организмы являются активными хищниками: амеба обыкновенная способна захватывать добычу своими ложноножками.

Обособленно стоят вирусы, чья жизнедеятельность возможна только в живой клетке. Вне ее вирус не проявляет никаких признаков деятельности, что придает ему сходство с паразитическими формами жизни.

Природа существует, основываясь на принципе равновесия — существование всех форм жизни тесно связано между собой.

Автотрофы питают гетеротрофов, создавая питательные элементы. Консументы, в результате своей жизнедеятельности, способствуют размножению первых, перенося споры и семена, опыляя цветы растений.

Завершают цепочку редуценты, разлагающие мертвую органику на неорганические элементы. Этим занимаются грибы, в том числе и микроскопические – пеницилл, дрожжи, некоторые бактерии. Именно они возвращают питательные вещества обратно в биосферу.

Так происходит круговорот веществ и элементов в природе, где каждый организм выполняет свою функцию в пищевой пирамиде.

Источник