Отличие автотрофов от гетеротрофов: сравнение организмов по способу питания

Дополнительная информация

Биологи любят классифицировать живые организмы. Сначала выделяется значимый критерий. В качестве такового можно использовать метод получения энергии для питания. После этого смотрят на природу, и уже понятно на какие группы делятся автотрофные организмы:

Хемотрофы — организмы, использующие химические реакции для питания;
Фототрофы — организмы, использующие солнечную энергию для питания.

Интересующиеся могут заняться самостоятельной классификацией организмов по любому понравившемуся критерию. Возможно, именно эта классификация однажды станет востребована наукой.

Например, можно использовать критерий возраста происхождения. Известно, какие организмы были первыми автотрофами — цианобактерии, среди которых встречаются сине-зеленые водоросли или цианопрокариоты. Некоторые представители таких организмов дошли до нашего времени.

Ученые предупреждают: наука требует классификации. Если выделить правильный критерий, расположить организмы в соответствии с ним, количество накопленного знания возрастает.

Но все определения нужны человеку исключительно для удобства познания. Природа же куда сложнее любой классификации, об этом нельзя забывать!

Автотрофные и 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.

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».

Автотрофы (продуценты)

Принцип питания автотрофов заключается в синтезе органических веществ из неорганических. Различные соединения окружающей среды перерабатываются ими в необходимые для жизни питательные вещества. Автотрофы — важные представители пищевой системы, потому что они вырабатывают органические компоненты для представителей другого типа питания, гетеротрофов. Но нельзя и переоценивать их значение в экосистеме и в природе в целом. Например, некоторые живые существа способны получать питательные вещества сразу несколькими способами. Они питаются миксотрофным способом.

Автотрофы отличаются от других организмов своими особенностями:

Поглощают энергию солнца и углекислый газ.
На свету способны выделять кислород.

«Первичная продукция» — это процесс трансформации солнечной энергии в молекулярную. Бактерии и растения, питающиеся автотрофным способом, осуществляют этот механизм. Фотосинтезирующие и хемосинтезирующие живые существа — подразделения автотрофов. Первые получают энергию с помощью фотосинтеза (сложного процесса переработки солнечного света, углекислого газа, воды, минеральных веществ в кислород).

Подразделение «фототрофы»

К таким организмам относят бактерии, которые поглощают свет для получения энергии и поддержания процессов метаболизма в микроорганизмах. Они служат помощниками в биологических исследованиях, которые направлены на поиск путей пигментного биосинтеза и углеродного метаболизма. Фотосинтетики осуществляют реакции биосинтеза с помощью солнца. К фотоавтотрофам относятся организмы, способные к фотосинтезу:

Клетки зелёных растений, содержащие хлорофилл.
Бактерии, способные к фотосинтезу (пример — цианобактерии).

Подтип «хемотрофы»

Железобактерии — бактерии, относящиеся к хемосинтетикам. Именно они способны изменять валентность железа от двух до трёх. Молекулярная сера выделяется при окислении сероводорода серобактериями. В сообщество хемосинтетиков входят также нитрифицирующие бактерии. С их помощью аммиак окисляется до кислот с содержанием азота. В результате их взаимодействия с почвенными минералами образуются нитраты и нитриты. В процессе такой реакции образуется энергия, которая используется для создания макроэнергетической связи и синтеза питательных веществ. Благодаря хемотрофам:

Осуществляется природный круговорот серы и азота.
Почва насыщается нитритами и нитратами.

Способы питания

Фактор питания и возникающие в результате пищевые (трофические) отношения оказывают большое влияние на структуру экосистем. Для того чтобы автотрофные организмы могли самостоятельно питаться, они нуждаются в воде (H2O), солнечной энергии, минеральных солях, неорганических веществах (таких, как углекислый газ — CO2), и химических реакциях, из которых они получают глюкозу, фруктозу, кислород, хлорофилл и другие вещества, необходимые для их питания.

Значение автотрофных организмов зависит от их способности производить свою собственную пищу, поэтому они не нуждаются в других организмах для питания, включая гетеротрофные организмы (животных или людей).

Когда речь идет об автотрофном питании, установлено, что оно состоит из трех основных фаз:

Проход мембраны. Это фаза, в которой простые неорганические молекулы (вода, углекислый газ и соли), проходят через клеточную мембрану.
Метаболизм. Эта вторая фаза происходит в зоне клеточной цитоплазмы. Это приводит как к изготовлению собственного клеточного вещества, так и к получению 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 разрушения.
Выделение. На последнем этапе процесс питания заканчивается. Его суть состоит в том, что происходит удаление отходов предыдущего процесса — обмена веществ. Это делается с помощью клеточной мембраны.

Типы автотрофов

Автотрофы способны производить свою собственную пищу путем 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 двуокиси углерода и источника водорода (например, воды) в клетках, содержащих хлорофилл (как у зеленых растений), подвергающихся воздействию света. Большинство автотрофов производят пищу путем фотосинтеза, но это не единственный способ, которым автотрофы производят пищу.

В процессе хемосинтеза одна или несколько молекул углерода (обычно двуокись углерода (CO2) или метан (СН4)) и питательные вещества преобразуются в органическое вещество, используя окисление неорганических молекул (таких, как газообразный водород, сероводород (H2S) или аммиак (NH3)), или метан в качестве источника энергии, а не солнечный свет. При хемосинтезе сероводорода в присутствии двуокиси углерода и кислорода могут быть получены углеводы (CH2O):

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

Фотосинтез происходит в растениях и некоторых бактериях — везде, где достаточно солнечного света: на суше, на мелководье, даже внутри и под прозрачным льдом. Все фотосинтезирующие организмы используют солнечную энергию для превращения углекислого газа и воды в сахар и кислород.Хемосинтез используется там, где нет света для поддержки фотосинтеза морскими водорослями или растениями, поэтому бактериоподобные организмы превращают химическую энергию из вентиляционных отверстий в полезную энергию.Экосистемы вентиляционных отверстий зависят от микробов, которые используют химическую энергию, содержащуюся в минералах из воды горячего источника. Сера в форме сероводорода — это молекула, богатая энергией. Бактерии, использующие сероводород в качестве источника энергии, важны для большинства пищевыхцепочек.

§ 23. Питание клетки

1. Какие способы питания вам известны?

Ответ. 1. Питание — процесс поглощения веществ из окружающей среды, их преобразование в организме и создание из них усваиваемых организмом веществ, специфических для каждого конкретного организма.

Создание органических веществ из неорганических происходит при автотрофном способе питания. Использование готовых органических веществ — при гетеротрофном способе питания. Автотрофный способ характерен для зеленых растений и некоторых видов бактерий, а гетеротрофный — для всех других организмов.

Организмы сочетающие оба способа питания (зеленая эвглена, хламидомонада) обладают микотрофным питанием.

2. Приведите примеры фототрофов.

Ответ. Фототрофы осуществляют образование органических веществ в процессе фотосинтеза (зеленые растения, цианобактерии, серобактерии)

3. Как питаются гетеротрофы?

Ответ. Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами сапрофиты, паразиты, симбиотические организмы.

Вопросы после §23

1. Какие организмы являются гетеротрофами?

Ответ. Гетеротрофы не могут сами синтезировать весь набор необходимых им для жизнедеятельности органических веществ. Поэтому они поглощают нужные им соединения из окружающей среды. Затем они строят из полученных органических веществ собственные белки, липиды, углеводы. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии. Кроме того, клетки растений, неспособные к фотосинтезу (например, клетки корня), также питаются гетеротрофно, поскольку получают органические вещества из других органов зелёного растения.

Существуют также организмы, способные использовать оба способа питания. Это, например, эвглена зелёная, которую ботаники относят к одноклеточным зелёным водорослям, а зоологи – к жгутиковым простейшим. И те и другие правы, поскольку на свету этот организм – фототроф, а в темноте – гетеротроф. Некоторые растения, например венерина мухоловка или росянка, способны пополнять нехватку азота ловлей и перевариванием насекомых, другие растения частично перешли к паразитическому образу жизни и, помимо фотосинтеза, могут получать органические вещества из организма хозяина при помощи особых видоизменений корней (омела, петров крест, повилика).

Полученные авто– или гетеротрофным путем органические вещества не могут непосредственно обеспечивать энергией процессы, происходящие в клетке. За счёт энергии химических связей этих веществ сначала обязательно синтезируется универсальный для всех живых существ источник энергии – АТФ

2. Какие организмы на Земле практически не зависят от энергии солнечного света?

Ответ. Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца.

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота, преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

Хемосинтез ( от лат. chemo — «химио» и synthesis «синтез») — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями. Явление хемосинтеза было открыто в 1887 году русским учёным С. Н. Виноградским.

Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована в процессах ассимиляции. Сначала эта энергия переводится в энергию макроэнергетических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

Что это?

Автотрофы – живые организмы, способные самостоятельно синтезировать органические веществ из неорганических. Из определения понятно, что к автотрофам в первую очередь относятся зеленые наземные растения, водоросли, а также цианобактерии или сине-зелёные водоросли, т.е. все организмы, способные к фотосинтезу. Они называются фототрофами и используют солнечный свет в качестве источника энергии.

Рис. 1. Цианобактерии.

Помимо фототрофов к автотрофам относятся хемотрофы или хемоавтотрофы. В качестве источника энергии они используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ, и за счёт неё синтезируют органические вещества из неорганических. Получать органические вещества они могут в кислородной или бескислородной среде. К хемотрофам относятся некоторые виды бактерий – серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие и т.д. Хемотрофы – единственные организмы, не зависящие от солнечного света.

Рис. 2. Хемотрофы.

Гетеротрофы – живые организмы, получающие готовые органические вещества вместе с пищей. К ним относится большая часть животных от простейших до человека, грибы, большинство бактерий. Гетеротрофы, поедающие автотрофов, являются растительноядными организмами. Гетеротрофные организмы, питающиеся гетеротрофами, могут быть хищниками или паразитами.

По способу потребления пищи гетеротрофы делятся на два вида:

автотрофы сами способны вырабатывать органические вещества, например, растения из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза вырабатывают глюкозу-сложное органическое вещество. Гетеротрофы- организмы, потребляющие готовые органические вещества, не способны сами синтезировать, поэтому “вынуждены” искать готовое)

Афтотрофы-организмы синтезирующие все важные для жизнидеятельности органически вещества из неорганическихГетеротрофы-организмы использующие для питания органические вещества произведенные другими организмами

Справка руководителя доу для аттестации воспитателя об участии в разработке и реализации проектов
Анализ деятельности школы по вопросу здоровьесбережение основа качества образования
Какие правила безопасной работы необходимо соблюдать при приготовлении консервов кратко
Почему органических веществ так много кратко
Как сийес доказывает ненужность привилегированных сословий кратко

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.

Перечень сходств и различий

Основное сходство между обоими видами живых организмов — им необходим кислород и солнечный свет. Кроме того, они нуждаются в полноценном питании и в воде.

Между автотрофами и гетеротрофами, определение которым дается в биологии, имеются и отличия. Они перечислены в таблице:

Свойство	Автотрофы	Гетеротрофы
Запас углеводов	Крахмал	Гликоген
Реакция на воздействие внешних раздражителей	Имеется	Отсутствует
Структура системы органов	Есть как репродуктивные, так и вегетативные	Помимо репродуктивных, имеются соматические
Положение в пищевой цепи	Считаются продуцентами, то есть самостоятельно производят химические элементы	Могут быть как консументами, то есть потребляют готовые вещества, так и продуцентами (употребляют в пищу органические компоненты, переработанные до неорганических)

Автотрофы способны получать энергию за счет окисления неорганических веществ и их превращения в органику, которую они затем используют для нужд своего организма. К автотрофам относятся растения, которые используют солнечный свет и углекислый газ для синтеза углеродов, а также многие бактерии, которые могут использовать и другие неорганические вещества.

Гетеротрофы могут усваивать только готовое органическое вещество. К ним относятся все животные и грибы, а также часть растений, которые являются паразитами или хищниками.

В природе существует два способа питания, в соответствии с которыми живые организмы делятся на два типа – автотрофы и гетеротрофы. Каждый тип отличается способом получения органических веществ.

Формы питания

Существуют различные формы питания в зависимости от типа организма или живого существа, среди которых мы можем обнаружить, что:

Одноклеточные организмы извлекают извне то, что им нужно для выживания, клетка захватывает пищу и начинает распространять на нее пищеварительные ферменты лизосом. После этого используемые вещества направляются внутрь клетки, а остатки выводятся из организма..

В случае грибов этот процесс происходит за счет поглощения органического вещества из субстрата, на котором они живут. Это органическое вещество, которое они поглощают, может происходить из сапрофитов, симбиоза с овощами или также паразитически жить на других живых существах или внутри них..

С другой стороны, животные, потому что они являются многоклеточными организмами, имеют немного более сложный характер и проходят совершенно другой процесс с четкой дифференцировкой клеток..

Каждая клетка выполняет определенную функцию и сгруппирована, имея одинаковые функции, образуя ткани, и они, в свою очередь, образуют и связываются в органах, которые вызывают устройства или системы (пищеварительная, кровеносная, дыхательная и выделительная), которые выполняют определенные функции в пределах организм.

Пищеварительная система: отвечает за приготовление пищи, принятой внутрь, чтобы она могла превращать их в полезные питательные вещества для клеток.
Дыхательная система: отвечает за прием кислорода, необходимого организму для жизнедеятельности и клеточного дыхания, а затем удаляет его в виде углекислого газа.
Экскреторное устройствоЕго функция состоит в том, чтобы выводить из организма все те токсичные вещества, которые образуются в результате пищеварения и которые вырабатываются клеткой при ее функционировании..
Кровеносная системаЕго работа состоит в том, чтобы распределять питательные вещества и кислород (поглощенный другими организмами) через все клетки организма и доставлять отходы и углекислый газ в соответствующие органы..