ФОТОАВТОТРОФИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ

У фотоавтотрофи або фототрофні організми залежать світло в якості джерела енергії і зробити його органічні молекули з неорганічних молекул. Цей процес відомий як фотосинтез, і взагалі ці істоти являють собою основу харчового ланцюга.

Найважливішим джерелом енергії для життя є сонячне світло, яке потрапляє на поверхню землі. Енергія світла вловлюється під час фотосинтезу. Під час цього процесу енергія поглинається хлорофілом та іншими пігментами, а потім перетворюється на хімічну енергію.

Рослини - це фотоавтотрофні організми (Зображення із Free-Photos на www.pixabay.com)

Фотоавтотрофи зазвичай використовують енергію світла для перетворення СО2 і води в цукри, які є основою для тисяч органічних молекул. Ці цукру здатні засвоюватися більшістю живих організмів, а не лише фотоавтотрофами.

Слово "fotoautotroph" походить від трьох слів, узятих з латинської мови, які мають різні значення. Слово фото, що означає "світло", слово автомобіль, що означає "власне", і слово трофос, що означає "харчування".

Термін "фотоавтотроф" охоплює багато різних груп живих істот, включаючи деякі види бактерій та найпростіших, всі рослини, водорості та лишайники. Крім того, існує унікальний вид тварин, який поєднує фотоавтотрофні та гетеротрофні характеристики.

Характеристика фотоавтотрофів

Обов’язковою характеристикою фотоавтотрофних організмів є наявність світлочутливих пігментів. Фоточутливий пігмент - це молекула, здатна сприймати і поглинати енергію світла у вигляді фотонів.

Фототрофи мають здатність поглинати та перетворювати світлову енергію (зі світла) у хімічну енергію. Ця енергія зберігається в органічних молекулах через метаболічний процес фотосинтезу.

Більшість фотоавтотрофних і фотосинтетичних істот мають молекули хлорофілу, оскільки це головний пігмент, відповідальний за проведення початкових етапів фотосинтезу. Завдяки наявності хлорофілу майже всі фотоавтотрофи зеленого кольору.

Фотоавтотрофія зустрічається в одноклітинних організмах, таких як ціанобактерії та деякі найпростіші, або в макроскопічних багатоклітинних організмах, таких як водорості, лишайники та рослини.

Фотоавтотрофні організми розповсюджені практично у всіх екосистемах, а їх розміри дуже мінливі, оскільки вони можуть бути такими ж маленькими, як евглена або великими, як гігантська секвоя.

За винятком Антарктиди, рослини покривають майже всю поверхню землі і є основними представниками фотоавтотрофних організмів. У рослинах існує велика різноманітність форм, унікально та ідеально пристосованих до всіх кліматів та наземних екосистем.

Приклади фотоавтотрофних організмів

Існує велике розмаїття фотоавтотрофних живих істот, оскільки саме адаптація дала організмам, які придбали його, здатність виживати в будь-якому стані та екосистемі, доки вони перебувають у присутності світла.

- Ціанобактерії

Ціанобактерії (Джерело: Patrioter6 в en.wikibooks через Wikimedia Commons)

Ціанобактерії або оксифотобактерії належать до домену прокаріотів. Вони є одноклітинними організмами, мають хлоропласти і, отже, здатні до фотосинтезу. Внутрішні мембрани цих видів мають тилакоїдні «фотосинтезуючі ламелі» всередині хлоропластів рослин.

Усі ціанобактерії містять хлорофіл А та біліпротеїнові пігменти, такі як фікобіліни чи фікоціаніни. Поєднання цих пігментів всередині клітин ціанобактерій надає їм характерного синьо-зеленого кольору.

Ці організми розкидані по всій біосфері і є типовими для озер, ставків, вологих ґрунтів та гнилих вологих органічних речовин. Вони є загальними, оскільки їх фотоавтотрофія дозволяє відмовитися від деяких занадто специфічних умов, потребуючи лише сонячного світла.

- Простий

Фотографія виду Volvox (Джерело: craigpemberton via Wikimedia Commons)

У межах фотоавтотрофних найпростіших є евглена. Усі ці організми мікроскопічні, джгутикові і відносяться до групи Мастігофора.

У багатьох випадках еуглені були класифіковані як одноклітинні водорості. Однак останні дослідження показали, що, крім харчування через фотосинтез, вони можуть скористатися деякими речовинами в навколишньому середовищі через піноцитоз.

Евгленіди є вільноживучими, живуть у прісній воді (мало видів - солона вода) і переважно є одиночними. Вони мають велику різноманітність форм і можуть бути подовженими, кулястими, яйцеподібними або ланцетними.

Оскільки вони є фотосинтетичними, вони мають позитивний фототактизм (вони чутливі до світлових подразників) і мають розширення в основі свого переднього джгутика, який діє як фоторецептор світлової енергії.

Euglenidae також є автоавторогами (Джерело: David J. Patterson через Wikimedia Commons)

Вони містять як фотосинтетичні пігменти хлорофіл А і В, фікобіліни, β-каротини, ксантофіли типу неоксантину та діадіноксантину. У багатьох випадках евглені не задовольняють усіх своїх харчових потреб через фотосинтез, тому вони повинні поглинати вітамін В1 та В12 з навколишнього середовища.

- Лишайники

Лишайники визначаються симбіотичною асоціацією між водоростями та грибами; тому вони є як гетеротрофними (через грибок), так і фотоавтотрофними (через водорості) організмами.

Асоціація між двома типами організмів є вигідною для обох, оскільки водорості можуть скористатися субстратом, який надає гриб, для росту; в той час як грибок може живитися цукрами, що виробляються водоростями через фотосинтез.

Лишайники не відповідають таксономічній групі, але, як правило, класифікуються за типом гриба симбіонта. Всі гриби, що входять до лишайників, належать до типу Ascomycota, що знаходиться в межах королівства грибів.

- Одноклітинні водорості, рослини та макроскопічні водорості

Одноклітинні водорості є чи не найпоширенішими фотоавтотрофними організмами у водних екосистемах; тоді як рослини є найпоширенішими макроорганізмами в наземних екосистемах.

І водорості, і рослини потребують присутності води та вуглекислого газу, щоб здійснити фотосинтез та бути здатним підтримувати свої харчові потреби.

Одноклітинні водорості

Якщо ви візьмете трохи води з будь-якої калюжі, озера, лагуни, річки, моря або будь-якого іншого водоймища, і спостерігаєте її під мікроскопом, ви знайдете мільйони крихітних джгутикових життєвих форм зеленого кольору, більшість з яких напевно одноклітинні водорості. .

Практично всі одноклітинні водорості мають одне або більше джгутиків і, як правило, вільноживучі, хоча є деякі види, які живуть у колоніях. Більшість цих водоростей є фотоавтотрофними організмами, але є випадки гетеротрофних водоростей.

Вони вважаються одним з головних виробників кисню на планеті, а деякі автори вважають, що вони є основними первинними виробниками в океанах, оскільки вони лежать в основі харчового ланцюга.

Рослини

Рослини - це сидячі наземні організми, які характеризуються тілом, розділеним на дві частини: одну повітряну та одну наземну. Наземна частина складається з кореня, тоді як повітряна частина складається з стебла, який в свою чергу поділяється на стебло, листя і квіти.

Вони мають неймовірну кількість різних форм, і вони виробляють власну їжу за допомогою фотосинтезу, як і всі інші фотоавтотрофи.

Однак рослини - це живі істоти, які найбільше спеціалізувались на використанні світлової енергії, оскільки у них на мільйонах клітин, спеціально розташованих для постійного фотосинтезування протягом дня.

Макроскопічні водорості

Макроскопічні водорості - це представники рослин у водних середовищах. Вони, здебільшого, живуть зануреними у водні середовища, колонізуючи будь-яке місце, де є наявність відповідного субстрату, до якого слід чіплятися.

Фотографія макро водоростей (Джерело: W. carter через Wikimedia Commons)

Водорості групи глаукофітів - це група водоростей, яка вважається найбільш спорідненою з наземними рослинами. Однак деякі автори класифікують водорості разом з найпростішими.

- Тварини

Морський слиз Elysia chlorotica, відомий як «східний смарагд», може скористатись хлоропластами, які він споживає завдяки своєму раціону, багатому фотоавтотрофними організмами, оскільки живе на відсмоктуванні соку з водоростей.

Процес використання переваг хлоропластів з вашої їжі відомий як клептопластика. Завдяки цьому явищу слимак може вижити, виробляючи фотоасиміляти в місцях, де є сонячне світло, не вживаючи їжу тривалий час.

Список літератури

Бресінський, А., Кьорнер, К., Кадерейт, JW, Neuhaus, G., & Sonnewald, U. (2013). Науки про рослини Страсбурга: включаючи прокаріоти та гриби (т. 1). Берлін, Німеччина: Спрінгер.
Brusca, RC, & Brusca, GJ (2005). Безхребетні (№ Сірсі) i9788448602468). Мадрид: McGraw-Hill.
Chan, CX, Vaysberg, P., Price, DC, Pelletreau, KN, Rumpho, ME, & Bhattacharya, D. (2018). Активна реакція господаря на водорості симбіонтів у морського слимака Elysia chlorotica. Молекулярна біологія та еволюція, 35 (7), 1706-1711.
Hu, Q., Guterman, H., & Richmond, A. (1996). Плоский похилий модульний фотобіореактор для масового вирощування фотоавтотрофів на відкритому повітрі. Біотехнологія та біоінженерія, 51 (1), 51-60.
Ворон, PH (1981). Дослідження в ботанічних садах. Бот. Ярба, 102, 52-72.
Shimakawa, G., Murakami, A., Niwa, K., Matsuda, Y., Wada, A., & Miyake, C. (2019). Порівняльний аналіз стратегій підготовки електронних мийок у водних фотоавтотрофах. Дослідження фотосинтезу, 139 (1-3), 401-411.
Віллі, Дж. М., Шервуд, Л., Вулвертон, CJ (2008). Мікробіологія Прескотта, Харлі та Клайна. McGraw-Hill Вища освіта.

ФОТОАВТОТРОФИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025