Хемотрофный способ питания у растений

Какие существуют типы питания живых организмов? Две группы организмов по способу получения пищи

Мы заняты множеством повседневных дел, требующих большого количества энергии. Эта энергия поступает из пищи, которую мы потребляем. Пища жизненно важна, так как она содержит питательные вещества, обеспечивающие нас энергией для роста, восстановления и других физиологических процессов. Все это возможно благодаря процессу питания.

Давайте подробнее узнаем о питании живых организмов и его типах.

Что такое питание?

Питание – это процесс приема пищи и преобразования ее в энергию и другие жизненно важные питательные вещества, необходимые для жизни.

Питательные вещества – это компоненты, обеспечивающие энергию и биомолекулы, необходимые для выполнения различных функций организма. Все живые существа нуждаются в питательных веществах для правильного функционирования и роста. Но они по-разному их получают. Одни питаются простыми неорганическими соединениями для удовлетворения своих потребностей в питательных веществах, в то время как другие используют сложные соединения. Способ питания варьируется от одного вида к другому.

Типы питания живых организмов

Существует два основных способа получения питательных веществ живыми организмами:

Автотрофное питание

При автотрофном способе питания организмы используют простые неорганические вещества, такие как вода и углекислый газ, в присутствии света и хлорофилла, чтобы самостоятельно синтезировать пищу. Другими словами, процесс фотосинтеза используется для преобразования световой энергии в пищу, такую ​​как глюкоза. Растения, водоросли и бактерии (цианобактерии) – вот некоторые примеры автотрофных организмов.

Во время фотосинтеза углекислый газ и вода превращаются в углеводы. Эти углеводы хранятся в растениях в виде крахмала. Позже растения получают необходимую энергию из запасенного крахмала. Процесс фотосинтеза можно описать тремя этапами:

• Поглощение: хлорофилл, присутствующий в листьях, улавливает солнечный свет
• Преобразование: захваченная световая энергия преобразуется в химическую энергию, а поглощенная вода расщепится на молекулы водорода и кислорода
• Восстановление: наконец, углекислый газ восстанавливается, то есть молекулы водорода соединяются с углеродом, образуя углеводы (молекулы сахара)

Все три этапа не являются непрерывным процессом. Они могут происходить или не происходить последовательно.

У растений есть устьица – отверстия на листьях, где происходит газообмен, который регулируется замыкающими клетками. Растения поглощают и выделяют газы через эти устьичные поры.

В пустынной среде обитания, чтобы избежать потери воды, замыкающие клетки закрывают эти поры в дневное время. Позже, в ночное время, устьица открываются для поглощения углекислого газа и накопления в вакуолях. В дневное время они будут использовать накопленный углекислый газ для фотосинтеза.

Помимо фотосинтеза, растения также зависят от почвы, содержащей микро- и макроэлементы. Эти элементы используются для синтеза белков и других важных соединений, необходимых для правильного функционирования и роста.

Гетеротрофное питание

Не каждый организм способен самостоятельно синтезировать питательные вещества. Организмы, которые не могут производить пищу самостоятельно и зависят от других источников/организмов, называются гетеротрофами. Этот способ питания известен как гетеротрофное питание.

Грибы и все животные, включая человека, являются гетеротрофами. Гетеротрофное питание может различаться в зависимости от вида, среды обитания и адаптаций. Одни питаются растениями (травоядные), а другие – животными (плотоядные), а некоторые едят и то и другое (всеядные). Таким образом, можно сказать, что выживание гетеротрофов прямо или косвенно зависит от растений.

Гетеротрофы подразделяются на различные группы в зависимости от способа их питания:

• Фаготрофы – употребляют твердые куски пищи. К этой группе относятся животные.
• Осмотрофы – получат питательные органические вещества из растворов напрямую через стенки клеток. К этой группе принадлежат грибы и большая часть бактерий.

По типу получаемой пищи гетеротрофов подразделяют:

• Биотрофов – живые организмы, питающиеся другими живыми организмами. К этой группе относятся зоофаги (питаются животными), фитофаги (питаются растениями) и бактерии.
• Сапротрофов – организмы, использующие в пищу экскременты или отмерший органический материал. К этой группе принадлежат детритофаги, некрофаги, копрофаги. Примеры живых организмов с такими типами питания:
  • бактерии сапротрофы;
  • грибы сапротрофы;
  • растения сапротрофы (сапрофиты);
  • животные сапротрофы (сапрофаги).

Подведение итогов

Живые организмы не способные самостоятельно производить питательные вещества относятся гетеротрофам. Автотрофы в свою очередь могут синтезировать свою пищу в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Автотрофные организмы часто являются источником пищи для большинства гетеротрофных. Основная часть живых организмов на планете – это гетеротрофы, включая некоторые виды паразитических или плотоядных растений.

Источник

Фотосинтез

Типы питания

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ — пища) — организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος — иной + τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение + τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Фотосинтез

Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H + ) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная форма — НАФД + превращается в восстановленную — НАДФ∗H₂.

Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

• Свободный кислород O₂ — в результате фотолиза воды
• АТФ — универсальный источник энергии
• НАДФ∗H₂ — форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H₂ в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H₂ происходит восстановление CO₂ до глюкозы C₆H₁₂O₆. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO₂, 12 НАДФ∗H₂ и 18 АТФ.

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.

Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений. Итак, растения за счет фотосинтеза:

• Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
• Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
• Растения поддерживают определенный процент содержания O₂ в атмосфере, очищают ее от избытка CO₂
• Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений (железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей. Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены растениями и служат удобрением.

Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:

• Серобактерии — окисляют H₂S —> S 0 —> (S +4 O₃) 2- —> (S +6 O₄) 2-
• Железобактерии — окисляют Fe +2 —>Fe +3
• Водородные бактерии — окисляют H₂ —> H +1 ₂O
• Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO₂

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник