Автотрофы⭐️: определение, особенности, признаки, функции и строение

Понятие автотрофов в биологии

Это слово представляет собой неологизм, образованный из суммы двух слов греческого происхождения: «αὐτός» — «сам по себе», «τροφή» — «пища» или «питание».

В биологии и экологии автотроф — это организм, способный производить питательные органические молекулы из неорганических материалов.

Это может произойти посредством фотосинтеза (с использованием энергии света) или хемосинтеза (с использованием химической энергии). Организмы, синтезирующие молекулы пищи посредством фотосинтеза, называются фотоавтотрофами, а те, которые делают это посредством хемосинтеза, — хемоавтотрофами.

Другое название автотрофа – аутофит. Его также можно назвать производителем за его способность производить себе еду.

Прилагательное «автотрофный» используется для описания организмов, способных поглощать неорганические вещества и превращать их в необходимые для существования органические вещества. Автотрофные организмы могут синтезировать органические вещества из других неорганических веществ. Это означает, что им не нужна пища от других живых существ.

Автотрофные существа или организмы являются простейшими живыми существами в мире, поскольку животным и людям приходится питаться другими соединениями, и растения в этом случае также можно рассматривать как автотрофы.

Список подвидов

Среди гетеротрофов принято выделять фаготрофов, которые способны поедать пищу кусками, заглатывая ее. Кроме того, существуют осмотрофы, поглощающие через клеточные стенки органические элементы, являющиеся источником питания.

Еще одним условием, по которому растение или животное относят к гетеротрофам, является способность потреблять как живую, так и неживую пищу.

Возможна следующая классификация:

1. Биотрофы питаются живыми организмами различного строения. Травоядные питаются растениями, а плотоядные – мясом других животных.
2. Сапротрофы питаются мертвыми организмами. Примером сапротрофов являются дрожжи или грибы.

Для некоторых гетеротрофов источником питания являются растения и животные. По-другому их называют всеядными.

Паразиты в зависимости от хозяина могут быть как хищниками, так и травоядными. Спорынья паразитирует на растениях, а круглые черви – на животных.

Сапрофиты могут поедать детрит (например, дождевых червей). Шакалы или стервятники поедают трупы животных. Личинки мух или скарабеи питаются экскрементами. Поэтому их обычно относят к подвиду копрофагов.

Примеры организмов автотрофов

Почти все растения являются автотрофами. Есть растения типа раффлезии, которые являются гетеротрофами — они привлекают насекомых, насекомые застревают в соке, после чего «переваривают» их».

Но в основном все растения самостоятельно производят органические вещества из неорганических. Они поглощают из почвы неорганические вещества (воду и минеральные соли), а затем создают из них органические соединения, используя энергию Солнца. Этот процесс по-научному называется «фотосинтез».

Автотрофы встречаются и среди некоторых простейших. Например, у Volvox есть «хроматофор», который, как и хлоропласты растений, производит органические соединения.

Не менее популярный пример – зеленая эвглена. Этот организм правильнее называть «миксотрофом», поскольку он может питаться как как автотроф, самостоятельно создавая для себя органические соединения, так и как гетеротроф, поедая другие организмы. Если эвглена живет в темноте и не имеет возможности использовать хроматофоры, она переходит на «гетеротрофный» образ жизни и становится настоящим хищником.

Отличия миксотрофов

Кроме того, принято различать организмы, использующие как гетеротрофные, так и автотрофные способы питания. Их еще называют миксотрофами. Что касается растений, которые являются как автотрофами, так и гетеротрофами, примеры следующие:

1. Эвглена зеленая – на свету является фототрофом, а в темноте становится гетеротрофом. Те, которые меняют свой рацион в зависимости от условий, называются автогетеротрофами.
2. Некоторые миксотрофы ведут частично паразитический образ жизни. Они получают пищу от хозяина через видоизмененные корни. Например, повилика или омела.

Среди миксотрофов можно выделить растения, способные восполнять недостаток азота за счет переваривания насекомых. Например росянка или венерина мухоловка.

Насекомоядные растения принято относить к миксотрофам. Такие организмы не только поглощают воду и растворенные вещества из почвы, но и питаются насекомыми.

Другим примером миксотрофов являются некоторые бактерии, относящиеся к классу хемотрофов. Необходимую энергию они получают в результате окислительно-восстановительных реакций и способны окислять не только неорганические, но и органические микроэлементы.

Основные типы

Автотрофы делятся на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы.

Они имеют различия:

• фотосинтезирующие виды получают необходимую энергию посредством фотосинтеза;
• хемосинтетические разновидности питаются от энергии, вырабатываемой в результате химической реакции железа и серы.

Ярким примером хемосинтезирующих автотрофов являются продуценты, синтезирующиеся на дне океана из выбросов сероводорода. Они необходимы бактериям для поддержания жизнедеятельности.

К хемосинтетикам относятся железобактерии. Название уже говорит о том, что их характерной особенностью является способность окислять двухвалентное железо до трехвалентного. Они также выделяют серобактерии. Они могут окислять сероводород до молекулярной серы.

В эту группу также входят нитрифицирующие бактерии. Они способны окислять аммиак до азота и азотной кислоты. Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, они образуют нитраты и нитриты.

Энергия, выделяющаяся при такой реакции, сначала используется для создания макроэнергетической связи. Кроме того, его используют для синтеза органических соединений.

Важную роль играют хемосинтетические вещества. Они являются основным звеном природного круговорота азота и серы. А еще благодаря им почва обогащается нитритами и нитратами.

Что мы узнали?

Из урока в 9 классе мы узнали об особенностях типов питания, а также о том, чем автотрофы отличаются от гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно производить органические вещества, гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами, поедая другие организмы. Некоторые живые существа способны одновременно к автотрофному и гетеротрофному питанию.

Роль автотрофов в круговороте органики

В пищевой цепи автотрофные существа являются важнейшими звеньями для других организмов. Автотрофы — единственные, которые берут энергию для питания непосредственно из окружающей среды. Гетеротрофы не способны производить собственную органику из неорганических веществ и питаются веществами, вырабатываемыми другими живыми существами.

Процессы обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергетические процессы происходят в каждой живой клетке. Фотосинтез, дыхание, спиртовое брожение и молочнокислое брожение относятся к метаболическим и энергетическим процессам.

Изменение вещества и энергии — это поглощение веществ и энергии в клетках, их преобразование и выделение веществ и энергии из клеток. Органические вещества постоянно накапливаются в клетках (ассимиляция), а органические вещества расщепляются с использованием содержащейся в них химической энергии (диссимиляция).

Ассимиляция и диссимиляция происходят одновременно в клетках организмов. Для накопления собственного органического вещества организмы используют неорганические вещества, такие как углекислый газ (CO2) и вода (H2O), или органические вещества, такие как углеводы, жиры и белки, содержащиеся в пище.

Вот почему существуют две формы ассимиляции:

• Аутотрофная ассимиляция — это форма ассимиляции, при которой органические вещества организма образуются из неорганических веществ.
• Другая форма ассимиляции, при которой органические вещества, создаваемые организмом, строятся из органических веществ, — гетеротрофная.

Автотрофы в пищевой цепи

Пищевая цепь (или трофическая цепь) — это последовательность организмов, рацион которых напрямую зависит друг от друга.

Автотрофные организмы, в том числе зеленые растения, способны питаться посредством фотосинтеза. Они производят органическое вещество в качестве первичных продуцентов, которое используется гетеротрофными организмами (потребителями). В экосистеме пищевая цепь между автотрофными и гетеротрофными компонентами связана.

Пищевая цепь состоит из автотрофов, гетеротрофов и редуцентов (деструкторов), которые превращают мертвое органическое вещество обратно в его исходные компоненты. Однако к остальным звеньям чаще всего относятся травоядные, плотоядные и всеядные на разных уровнях. Обычно между производителями и потребителями устанавливается экологический баланс.

Органическое вещество – один из важнейших компонентов почвы. Он играет решающую роль в способности почвы хранить питательные вещества. Почва может хранить много воды и благодаря своей адсорбционной способности (впитывающей способности) действует как минеральный резервуар, благодаря чему минералы вымываются не так быстро.

В засушливые периоды растения могут прибегать к кратковременному увлажнению почвы. Таким образом, почва с высоким содержанием органического вещества меньше подвержена засухе и может значительно лучше связывать питательные вещества (происходит меньшее выщелачивание питательных веществ), чем почва со средним содержанием гумуса.

Кроме того, органическое вещество является важным стабилизирующим фактором структуры почвы. На глинистых и илистых почвах оказывает разрыхляющее и согревающее действие; песчаная почва более связана постоянным гумусом и защищена от вымывания питательных веществ.

Автотрофы обладают способностью к фотосинтезу.

Фотосинтез — форма автотрофной ассимиляции, при которой накопление глюкозы происходит из углекислого газа и воды за счет подачи световой энергии и с помощью хлорофилла. Это высвобождает кислород.

Часть органического материала, собранного в клетках, снова разрушается путем диссимиляции, чтобы использовать содержащуюся в них химическую энергию. Дыхание и брожение представляют собой две формы диссимиляции:

1. При дыхании органические вещества расщепляют глюкозу на неорганические вещества углекислый газ и воду.
2. Когда органическое вещество расщепляется глюкозой в результате ферментации, образуются другие органические вещества (например, этанол, молочная кислота). Помимо глюкозы, исходным материалом для дыхания является кислород. С другой стороны, брожение происходит без кислорода.

При обеих формах диссимиляции химическая энергия глюкозы преобразуется в химическую энергию в виде АТФ (аденозинтрифосфата) и тепловую энергию. Химическая энергия, запасенная в АТФ, полезна для жизненных процессов. Однако количество энергии, преобразуемой в химическую энергию в виде АТФ (в расчете на определенное количество молекул глюкозы), при дыхании выше, чем при брожении.

Важность фотосинтеза для жизни на Земле

В живой природе взаимодействуют фотосинтез как форма автотрофной ассимиляции, гетеротрофная ассимиляция, дыхание и другие процессы обмена и энергии.

До истории Земли, когда на планете жили первые организмы, в атмосфере не было кислорода. Разрушение органического вещества с целью использования энергии для жизненных процессов происходило посредством ферментации. Лишь после развития организмов, содержащих хлорофилл и выделяющих кислород в атмосферу Земли посредством фотосинтеза, дышащие организмы смогли эволюционировать.

Кислород, образующийся в результате фотосинтеза, является необходимым условием дыхания.

Первые организмы, выделявшие кислород в атмосферу Земли посредством фотосинтеза, появились 3,8 миллиарда лет назад и напоминали современные сине-зеленые водоросли. Обширные каменноугольные леса каменноугольного (каменноугольного) периода производили огромное количество кислорода.

Это привело к повышению уровня кислорода в атмосфере Земли до сегодняшнего уровня примерно 21%. Хотя почти все организмы дышат, доля кислорода в атмосфере Земли остается почти постоянной благодаря фотосинтезу растений.

Фотосинтез постоянно обновляет долю кислорода в воздухе, потребляемую организмами при дыхании. По некоторым оценкам, растения ежегодно поглощают 123 миллиарда тонн углекислого газа для накопления углеводов из атмосферы Земли. Фотосинтез растений создает огромное количество углеводов. Всего за один день береза ​​с 200 000 листьев производит около 12 кг углеводов.

Органические вещества (углеводы), образующиеся при фотосинтезе как форма автотрофной ассимиляции, являются необходимым условием образования органических веществ путем гетеротрофной ассимиляции. Вот почему организмы, в которых происходит фотосинтез, всегда находятся в начале пищевых цепей.

Без постоянного преобразования органического вещества посредством фотосинтеза запасы органического вещества на Земле вскоре были бы исчерпаны. Тогда не было бы пищи для гетеротрофных живых организмов.

Но фотосинтез обеспечивает не только материальную, но и энергетическую основу жизни многих бактерий, растений, животных и человека. Только посредством фотосинтеза световая энергия Солнца может быть преобразована в химическую энергию и, следовательно, в энергию, полезную для жизненных процессов организмов.

Фотосинтез является основой энергетического обеспечения практически всех организмов. В экосистемах центральное место занимают растения (например, водоросли в озере, сеянцы в лиственных лесах). Большинство растений — автотрофы, питающиеся неорганическими веществами (водой и углекислым газом) и накапливающие высокоэнергетические органические вещества (углеводы) посредством фотосинтеза.

Таким образом, фотосинтез обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни организмов в экосистеме с гетеротрофным типом питания (человек, животные, грибы, многие бактерии). Эти организмы строят свои собственные ткани тела из высокоэнергетического органического вещества.

Так, животные и человек поедают растения, чтобы поглотить уже переработанную энергию, а хищники, в том числе и человек, используют в пищу мясо травоядных.

Сравнение

В таблице «Автотрофы и гетеротрофы» представлена ​​сравнительная характеристика двух типов питания.

В разводе	Автотрофы	Гетеротрофы
Звено в пищевой цепи	Производители	Потребители, разлагатели
Способ получения органических веществ	Фотосинтез, хемосинтез	Потребление других организмов
Источник энергии	Солнечный свет, окисление неорганических веществ	Готовые органические вещества, прежде всего углеводы и жиры

Некоторые организмы практикуют оба типа питания и называются миксотрофами. К ним относятся восточный изумрудный моллюск Elysia и зеленая эвглена.

Способы питания

Фактор питания и связанные с ним пищевые (трофические) условия оказывают большое влияние на структуру экосистем. Для того чтобы автотрофные организмы могли питаться, им необходима вода (H2O), солнечная энергия, минеральные соли, неорганические вещества (например, углекислый газ – CO2), а также химические реакции, в результате которых они получают глюкозу, фруктозу, кислород, хлорофилл и другие вещества необходимые для их питания.

Значение автотрофных организмов зависит от их способности добывать себе пищу, поэтому они не требуют для питания других организмов, в том числе гетеротрофных (животных или человека).

Что касается автотрофного питания, то установлено, что оно состоит из трех основных этапов:

1. Мембранный проход. Это фаза, когда простые неорганические молекулы (вода, углекислый газ и соли) проходят через клеточную мембрану.
2. Метаболизм. Эта вторая фаза происходит в цитоплазматической зоне клетки. Это приводит как к выработке собственного клеточного материала, так и к выработке полезной биохимической энергии. В частности, эта фаза автотрофного питания, в свою очередь, делится на три фазы: фотосинтез; анаболизм, известный как фаза строительства; и катаболизм, называемый фазой распада.
3. Выбор. На последнем этапе процесс питания заканчивается. Суть его заключается в том, что удаляются отходы предыдущего процесса – метаболизма. Это осуществляется с помощью клеточной мембраны.

Типы автотрофов

Автотрофы способны производить себе пищу посредством фотосинтеза или хемосинтеза. Таким образом, их можно разделить на две большие группы:

• фотоавтотрофы;
• хемоавтотрофы.

Фотосинтез и хемосинтез – это процессы, посредством которых организмы производят пищу.

Фотосинтез — это образование углеводов из углекислого газа и источника водорода (например, воды) в клетках, содержащих хлорофилл (как в зеленых растениях), подвергающихся воздействию света. Большинство автотрофов производят пищу посредством фотосинтеза, но это не единственный способ, которым автотрофы производят пищу.

Хемосинтез — это процесс, посредством которого некоторые бактерии производят пищу, используя химическую энергию.

Процесс хемосинтеза преобразует одну или несколько молекул углерода (обычно диоксид углерода (CO2) или метан (CH4)) и питательных веществ в органическое вещество с помощью окисления неорганических молекул (таких как газообразный водород, сероводород (H2S) или аммиак (NH3).), или метан как источник энергии вместо солнечного света. Хемосинтезом сероводорода в присутствии углекислого газа и кислорода можно получить углеводы (СН2О):

Многие организмы, использующие хемосинтез, являются экстремофилами, живущими в суровых условиях, таких как недостаток солнечного света и широкий диапазон температур воды, некоторые из которых приближаются к температуре кипения.

Экстремофилы — это организмы, которые могут жить в экстремальных условиях (высокое давление и температура) — например, в гидротермальных источниках. Уникальные ферменты — экстремозимы, используемые этими организмами, позволяют им функционировать в столь неблагоприятных условиях. У этих существ большие перспективы в производстве лекарств и промышленных химикатов. Хотя кислород необходим для жизни в том виде, в котором мы его знаем, такие организмы процветают в средах, где кислород вообще отсутствует.

Фотосинтез происходит у растений и некоторых бактерий везде, где достаточно солнечного света: на суше, на мелководье, даже внутри и подо чистым льдом. Все фотосинтезирующие организмы используют солнечную энергию для преобразования углекислого газа и воды в сахар и кислород.

Хемосинтез используется там, где нет света для поддержки фотосинтеза водорослей или растений, поэтому бактериоподобные организмы преобразуют химическую энергию клапанов в полезную энергию.

Экосистемы жерл зависят от микробов, которые используют химическую энергию, содержащуюся в минералах из воды горячих источников. Сера в форме сероводорода представляет собой богатую энергией молекулу. Бактерии, использующие сероводород в качестве источника энергии, важны для большинства источников пищи
цепи.

Свойства гетеротрофов

В биологии гетеротрофами называют организмы, неспособные самостоятельно синтезировать органические соединения из неорганических. Они поглощают их извне.

Употребляя растительную и животную пищу, они используют энергию органических компонентов. Из микроэлементов, полученных в процессе питания растений, такие организмы строят собственные углеводы, белки и жиры.

В эту группу входят простейшие, бактерии и грибы, человек и животные.

Гетеротрофы благодаря своему строению способны расщеплять образующиеся вещества на простые соединения:

1. У одноклеточных организмов этот процесс происходит в лизосомах.
2. Многоклеточные организмы поедают пищу через рот, а затем расщепляют ее в желудке с помощью ферментов.

Клетки грибов поглощают готовые вещества из внешней среды, например растений. Водоросли поглощают органические соединения вместе с водой.

Гетеротрофные растения – паразиты. Им не хватает хлорофилла, и они питаются за счет хозяина. Примерами являются повилика или раффлезия.

Отличительные признаки автотрофов

Каковы функции автотрофов:

1. Основной характеристикой автотрофов является то, что они являются продуцентами (продуцентами) в пищевой цепи, например растения на суше или водоросли в воде.
2. Они занимают первый трофический уровень.
3. Они способны производить себе пищу посредством фотосинтеза или хемосинтеза.
4. Фотоавтотрофы — это автотрофы, которые производят сложные органические соединения (такие как углеводы, жиры и белки) путем поглощения света.
5. Эти организмы имеют светоулавливающие пигменты (например, хлорофилл).

Автотрофы и гетеротрофы – сходства и отличия

Еда – единственный источник энергии для всех живых организмов на этой планете. Эту еду можно получить из разных источников. Живые организмы делятся в зависимости от способов питания:

1. Автотрофы;
2. Гетеротрофы.

Сравнение автотрофов и гетеротрофов в таблице

Автотрофы	Гетеротрофы
Обычно представители царства растений и некоторых одноклеточных организмов, таких как цианобактерии.	Все представители животного мира.
Автотрофы производят себе пищу.	Гетеротрофы зависят от других источников пищи.
Их можно разделить на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.	Их можно разделить на фотогетеротрофы и хемогетеротрофы.
Хлоропласт помогает в приготовлении пищи.	Они не содержат хлоропластов, поэтому не производят пищу.
Они получают энергию из неорганических источников путем преобразования энергии света в химическую энергию.	Они получают энергию прямо или косвенно от других организмов.
Автотрофы могут хранить световую энергию и химическую энергию.	Гетеротрофы не могут накапливать энергию.
Они находятся в начале пищевой цепи.	Они находятся на вторичном или третичном уровне пищевой цепи.
Они не могут двигаться.	Они могут перемещаться с одного места на другое в поисках еды и укрытия.
Зеленые растения, водоросли и некоторые фотосинтезирующие бактерии являются примерами автотрофов.	Коровы, буйволы, тигры, лошади, человек являются примерами гетеротрофов.

Перечень сходств и различий

Основное сходство обоих типов живых организмов заключается в том, что им необходимы кислород и солнечный свет. Кроме того, им необходимо достаточное питание и вода.

Существуют также различия между автотрофами и гетеротрофами, которые определены в биологии. Они указаны в таблице:

Свойство	Автотрофы	Гетеротрофы
Углеводный запас	Крахмал	Гликоген
Реакция на внешние раздражители	Доступный	Отсутствующий
Строение системы органов	Существуют как репродуктивные, так и вегетативные	Помимо репродуктивного, это соматическое
Положение в пищевой цепи	Они считаются производителями, то есть самостоятельно производят химические элементы	Они могут быть как потребителями, т е используют готовые вещества, так и производителями (питаются органическими компонентами, переработанными в неорганические)

Наконец, автотрофы используют как солнечный свет, так и химические реакции в качестве источника энергии для метаболического процесса. Гетеротрофы используют органические вещества.

Читайте также: Что такое архипелаг ℹ️ определение понятия по географии, положение