§ 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 такое автотрофные бактерии
Автотрофные (от греч. «авто»- «сам», «трофе» — «пища»), то есть самопитающиеся, бактерии обитают в различных средах и экологических нишах: почвенной, воздушной, водной, минеральной. Автотрофы не так многочисленны, как гетеротрофы. Большинство автотрофов бесцветны, и лишь немногие из них окрашены в зеленый или пурпурный цвет.
Они считаются первой формой жизни на планете, возникли примерно 3,5 млрд. лет назад. Автотрофы сами производят органические вещества из неорганических. Автотрофными бактериями являются:
- Цианобактерии, или сине – зеленые водоросли. В их клетках содержится хлорофилл. Они могут создавать органические вещества, при этом используя энергию солнца. Благодаря цианобактериям миллиарды лет назад атмосферу Земли наполнил кислород.
- Железобактерии и серобактерии используют энергию, получаемую из химических реакций, то есть они преобразуют одни минеральные вещества в другие.
Бактерии, синтезирующие вещества в результате фотосинтеза, называются фототрофными, в результате хемосинтеза – хемотрофные.
В своем развитии автотрофные бактерии независимы и автономны от жизнедеятельности других организмов, они относятся к свободноживущим организмам. Это значит, что им не нужно вторгаться в сторонние организмы или разлагать мертвые органические вещества с целью получения нужных для жизни питательных веществ.
Автотрофы преимущественно обитают в почве.
Автотрофные бактерии потребляют углерод, являющийся неорганическим веществом, для синтеза клетки. Они получают энергию или за счет фотосинтеза, применяя световую энергию, или при хемосинтезе, то есть окисляя такие неорганические соединения, как аммиак, нитриты, сероводород и железосодержащие соли.
Бактерии являются самым распространенным видом живых организмов, обитающих на Земле. Они образуют самостоятельно царство. Это простейшие одноклеточные микроорганизмы, не имеющие оформленного клеточного ядра. Ядерное вещество распределяется по всей цитоплазме. Бактерии относятся к прокариотам. Они размножаются путем деления клетки надвое. Как правило, бактерии имеют форму шара, палочки или спирали, изогнутые или сложенные из кокков. На сегодняшний день известно более 2500 видов бактерий.
Являясь неприхотливыми организмами, бактерии очень широко распространены на планете. Они способны существовать в разных условиях (вода, песок, лед, дно водоемов, почва и песок, горячие источники), при разных температурах; в щелях и порах; на поверхности тела и во внутренних органах животных и человека.
Бактериям, как и любым живым клеткам, нужны питательные вещества и энергия для построения белков и управления биохимическими процессами. Бактерии потребляют азот, воду, углерод в больших количествах. Они также нуждаются в железе и фосфоре. Одни виды бактерий могут потреблять органические молекулы, чтобы получить энергию, а другие виды бактерий восполняют свою энергию из неорганических источников. Первый вид бактерий относится к гетеротрофам. Второй вид бактерий производит пищу самостоятельно, путем преобразования световой энергии или химических неорганических веществ, получая из них энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Их относят к автотрофным бактериям. Большинство известных бактерий являются гетеротрофами.
Гетеротрофы – консументы экосистем
Определение 1 Гетеротрофы, или гетеротрофные организмы – виды, питающиеся готовыми органическими веществами: хлорофитофаги, паразиты, хищники, сапрофаги или биоредуценты, т.е. все консументы. Различают консументов разныx порядков.
- Консументы первого порядка, или первичные консументы – организмы, существующие непосредственно за счет продуцентов, которые служат им пищей. Для фототрофов суши – это хлорофитофаги, в том числе паразиты растений, потребители пыльцы, нектара, плодов, семян, живых тканей растений. При хемосинтезе консументы первого порядка – это организмы, питающиеся самими хемосинтетиками.
- Консументы второго порядка, или вторичные консументы – организмы, питающиеся консументами первого порядка. Это хищники первого порядка. Различают также консументов третьего, четвертого и т.д. порядков. Так, третичные консументы, или хищники второго порядка, питаются хищниками первого порядка.
Второй трофический уровень
Второй трофический уровень составляют консументы 1 порядка. К ним относятся животные, питающиеся исключительно растительной пищей. Примером могут служить насекомые, гусеницы, травоядные животные, другие хищные растения, рептилии.
Консументов 1 порядка можно разделить на несколько значимых групп:
Фитофаги – растительноядные организмы. Эти представители второго трофического уровня потребляют в пищу живые растения. К этой группе относятся и совсем маленькие по размерам живые организмы – кузнечики, тли, так и настоящие гиганты вроде слона. Сюда же попадают все домашние питомцы, связанные с сельским хозяйством: лошади, козы, коровы.
Имеются представители фитофагов и под водой – это некоторые виды рыб, питающиеся исключительно водорослями.
Паразиты. К данной группе относятся виды, растений или грибов, паразитирующие на другом растении и вытягивающие из него соки. Такое явление довольно часто встречается в природе. Но сюда не нужно относить те виды, которые паразитируют на животных или человеке – для них предусмотрена другая группа.
Паразиты, в отличие от фитофагов, не убивают растение, а долгое время живет с ним бок о бок, используя хозяина для питания. Основное растение, к которому присосался паразит, расплачивается за это соседство малой продолжительностью жизни, снижением плодовитости.
Симбиотрофы. Данная группа организмов бактерии и некоторые виды грибов. В растительном мире они получают питание из корневых выделений деревьев и кустарников. Они важны для экосистемы, так как, опутывая корни, они высасывают из них воду и минеральные вещества.
Еще один вид симбиотрофов – одноклеточные, обитающие в пищеварительной системе травоядных животных. Они участвуют в переваривании пищи, тем самым питаясь вместе с ними. Некоторые животные (например, корова) не смогли бы переварить траву без таких помощников.
Детритофаги. Организмы, питающиеся мертвыми растениями. К ним относятся в основном насекомые: дождевые черви, многоножки, раки, крабы.
Значение автотрофных бактерий
Автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы являются важнейшими звеньями в цепи питания. Автотрофы, в том числе и автотрофные бактерии, создают начальные органические элементы, необходимые для жизнедеятельности вышестоящего яруса живых организмов. Они являются источниками органических веществ, из которых состоит все живое на Земле. Гетеротрофные микроорганизмы создают биомассу для питания растений и животных, а далее уничтожают мертвые организмы до неорганических веществ, тем самым создавая пищу для автотрофов. Это бесконечный цикличный процесс.
Цианобактерии играют очень важную роль в накоплении свободного кислорода в атмосфере нашей планеты. Бактериальные препараты, производимые из них, применяют для очищения почвы от загрязнений, в том числе, и нефтяных, а также для борьбы с насекомыми, являющимися вредителями.
В почвах содержится огромное количество автотрофных бактерий. Наибольшее их содержание отмечается в черноземных почвах. Бактерии способны проникать внутрь почвы на несколько метров и участвовать в процессе почвообразования.
В водной среде больше всего бактерий сосредоточено в поверхностных слоях и вблизи берегов. Особенно они распространены в местах сброса сточных вод. В загрязненной воде встречается множество болезнетворных бактерий – возбудителей таких опасных заболеваний, как: брюшной тиф, холера, дизентерия.
В закрытых помещениях встречается также немало бактерий. Практически отсутствуют автотрофные бактерии в лесах.
Автотрофные бактерии не используют человеческий организм в качестве среды обитания. Соответственно, в отличие от гетеротрофных микроорганизмов, автотрофные бактерии не вызывают заболеваний у людей.
Определение автотрофных и гетеротрофных организмов
Автотрофные организмы питаются органическими веществами, которые образуют сами. Автотрофы способны к фотосинтезу. Они усваивать углерод из углекислого газа, используя для этого солнечную или химическую энергию, и образуют готовые органические вещества, (подробнее: Как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза).
Гетеротрофные организмы используют готовые органические соединения животного и растительного происхождения, заключающие в себе потенциальную энергию, сами они не способны образовывать органику. Автотрофные и гетеротрофные организмы
Автотрофные организмы
К автотрофным организмам относятся все зеленые растения, от одноклеточных водорослей до высших растений.
Для получения пищи они используют энергию солнечного света, — это фотосинтетики, а так же фотосинтезирующие бактерии (пурпурные) и бактерии, которые могут использовать химическую энергию для усвоения углекислого газа. Деление бактерий по способу питания
Хемосинтетики
Усвоение углекислого газа за счет химической энергии в отличие от фотосинтеза называется хемосинтезом. К хемосинтетикам относятся нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотной кислоты, железобактерии, которые окисляют закисные соли железа до окисных, серобактерии, окисляющие сероводород до серной кислоты.
Продуценты
Автотрофные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических называют продуцентами.
Гетеротрофные организмы
Остальные организмы усваивают углерод из готовых органических соединений и относятся к гетеротрофам. Сюда относятся все животные, кроме одноклеточной евглены зеленой, она является как автотрофом так и гетеротрофом. Среди растений так же есть исключения, которые способны питаться как автотрофно, так и гетеротрофно, например:
- росянка,
- цветок раффлезия, (подробнее: Приспособленность растений к опылению),
- пузырчатка,
- венерина мухоловка и др.
Растения гетеротрофы
Сапрофитные организмы
К гетеротрофам относятся сапрофитные организмы, которые делятся на:
- сапрофиты, (от греч. «сапрос»— гнилой), использующие углерод из мертвых органических соединений;
- паразиты, (от греч. «паразитос» — нахлебник), использующие углерод из живого тела других, организмов.
Например, грибы сапрофиты, питающиеся мертвыми органическими остатками, раскладывая их. К ним относятся:
- плесневые грибы,
- шляпочные грибы.
Плесневые грибы
К плесневым грибам сапрофитам относятся:
- мукор,
- пеницилл,
- аспергилл.
Грибы сапрофиты
К шляпочным грибам сапрофитам относятся:
- навозник, (подробнее: Весенние грибы)
- дождевик,
- шампиньон и др.
Сапрофиты относятся к категории редуцентов.
Грибы паразиты
К грибам паразитам относятся:
- спорынья,
- головня,
- трутовик,
- фитофтора.
С экологической точки зрения гетеротрофы относятся к консументам. Существуют консументы 1-го порядка — это исключительно фитофаги, то есть животные, которые питаются растительной пищей (продуцентами) и консументы 2-го в порядке — хищники, которые едят консументов 1-го порядка.
Рейтинг: 3,9/5 — 19
голосов
Автотрофы и гетеротрофы – сходства и отличия
Пища — единственный источник энергии для всех живых организмов на этой планете. Эта еда доступна из разных источников. Живые организмы подразделяются в зависимости от способов питания:
- Автотрофы;
- Гетеротрофы.
Сравнение автотрофов и гетеротрофов в таблице
| Автотрофы | Гетеротрофы |
| Обычно представители растительного царства и некоторые одноклеточные организмы, такие как цианобактерии. | Все представители животного царства. |
| Автотрофы сами производят себе пищу. | Гетеротрофы зависят от других источников пищи. |
| Их можно классифицировать как фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. | Их можно классифицировать как фотогетеротрофы и хемогетеротрофы. |
| Хлоропласт помогает в приготовлении пищи. | Они не содержат хлоропласта, 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 накапливать световую энергию и химическую энергию. | Гетеротрофы не могут накапливать энергию. |
| Они находятся на начальном уровне пищевой цепочки. | Они находятся на вторичном или третичном уровне пищевой цепочки. |
| Они не могут сдвинуться с места. | Могут перемещаться с одного места на другое в поисках пищи и крова. |
| Зеленые растения, водоросли и несколько фотосинтезирующих бактерий являются примерами автотрофов. | Коровы, буйволы, тигры, лошади, люди являются примерами гетеротрофов. |
Питание гетеротрофных организмов
По характеру питания гетеротрофы бывают очень разнообразными. Так, среди них встречаются растительноядные или плотоядные виды, паразиты и хищники, организмы, которые в качестве пищи потребляют мертвые волокна растений или трупы животных, а также такие формы, которые для своего питания используют растворенные органические вещества.
Если говорить о типах гетеротрофного питания, то следует упомянуть о голозойном виде. Такое питание, как правило, характерно для животных и включает в себя следующие этапы:
- Захват пищи и ее проглатывание.
- Переваривание. Оно включает расщепление органических молекул на более мелкие частицы, которые легче растворяются в воде. Следует отметить, что сначала проходит механическое измельчение пищи (например, зубами), после чего осуществляется воздействие специальными пищеварительными ферментами (химическое переваривание).
- Всасывание. Питательные вещества или сразу попадают в ткани, или сначала в кровь, а затем с ее током в различные органы.
- Усвоение (процесс ассимиляции). Оно заключается в использовании питательных веществ.
- Экскреция — выведение конечных продуктов обмена и непереваренной пищи.
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.
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
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.
Определение хемоавтотрофа
Хемоавтотрофы – это клетки, которые создают свои собственные энергетические и биологические материалы из неорганических химических веществ. В природе «автотрофы» – это организмы, которые не нужно есть, потому что они производят свои биологические материалы и энергию. Этот термин происходит от греческого «авто» для «я» и «трофей» для «есть» или «кормить».
Автотрофы составляют основу всех пищевых цепочек: они являются организмами, которые создают сахара, белки, липиды и другие материалы для жизни. Все другие организмы выживают, питаясь автотрофами, или другими организмами, которые питаются автотрофного пищевая цепочка.
Двумя основными типами автотрофов являются хемоавтотрофы и фотоавтотрофы. Фотоавтотрофы используют энергию солнечного света для производства своих биологических материалов. К ним относятся зеленые растения и фотосинтез водоросли.
Эта блок-схема может быть полезна при определении организм это автотроф, и если да, то какой это вид:
Хемоавтотрофы, с другой стороны, получают энергию для своих жизненных функций из неорганических химических веществ. Они питаются химическими веществами, которые являются хорошими донорами электронов, такими как сероводород, сера или железо.
Как и все автотрофы, хемоавтотрофы способны «фиксировать» углерод. Они берут атомы углерода из неорганических соединений, таких как диоксид углерода, и используют его для получения органических соединений, таких как сахара, белки и липиды.
Хемоавтотрофы обычно встречаются в средах, где растения не могут выжить, например, на дне океана или в кислых горячих источниках.
Некоторые типы хемоавтотрофов также играют критическую роль в растение экосистемы. Хотя растения в этих экосистемах осуществляют фиксацию углерода, многие растения полагаются на хемоавтотроф бактерии закрепить азот, который необходимо сделать аминокислоты и белки.
