АВТОТРОФНІ ОРГАНІЗМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У автотрофні організми живі організми , які мають здатність продукувати свої власні продукти харчування. Тобто вони можуть утворювати складні органічні сполуки, такі як жири, вуглеводи або білки, з простих елементів. Для цього вони використовують неорганічні хімічні реакції або сонячне світло.

Прикладами автотрофних організмів є рослини, водорості та ціанобактерії. Таким чином, автотрофні організми зменшують діоксид вуглецю для утворення органічних сполук, які використовуються в біосинтезі речовин. Крім того, хімічна енергія зберігається для використання в різних метаболізмах.

Автотрофний організм, дерево. Джерело: pixabay.com.

Переважна більшість автотрофів використовує воду як відновник, проте є й інші організми, які використовують сірководень. Так само, враховуючи джерело енергії, що використовується в реакціях, автотрофи класифікуються як фотоавтотрофи та хемоавтотрофи.

Фотоавтотрофи, представлені рослинами, деякими бактеріями та зеленими водоростями, використовують енергію від сонячного світла. З іншого боку, хемоавтотрофи використовують сірку або азот як джерело енергії. Деякі археї та бактерії, такі як сірчана бактерія, належать до цієї групи.

Походження та еволюція

Існують різні теорії, які намагаються пояснити походження життя на землі. Поряд з ними вчені проводять дослідження, щоб з’ясувати, як ці предки отримували енергію для розвитку.

Деякі експерти припускають, що автотрофи, як їх відомо, можливо, еволюціонували вторинно до перших живих форм. Біохімічний процес, який фотосинтетичні організми використовують для отримання своєї їжі, є вузькоспеціалізованим.

Це може припустити, що такі адаптації, можливо, потребували тривалого часу та послідовних еволюційних модифікацій. Однак гетеротрофи залежать від автотрофів для їжі. Тому пропозиції повинні обертатися навколо з'ясування сумнівів, які виникають в обох випадках.

Перші автотрофні клітини

Існує теорія, яка постулює автотрофні організми як перші клітини на Землі. Відповідно до цих підходів, ці структури задовольняли свої потреби у вуглеці від СО2, що знаходиться у навколишньому середовищі.

Щоб пояснити появу гетеротрофів, вчені, які підтримують цю гіпотезу, припускають, що перші хемоорганогетеротрофи розвивалися на субстраті, подібному до кишкової палички.

Перші гетеротрофні клітини

Інша група дослідників підтримує ідею, що першими життєвими формами були гетеротрофні організми, які згодом поступилися місцем автотрофним істотам.

Згідно з деякими теоріями, існуючі умови на Землі сприяли утворенню амінокислот та інших основних сполук для розвитку життя. Виходячи з цього, перші гетеротрофи живились цими енергетичними блоками.

Однак достаток джерел амінокислот зменшувався. Це чинило сильний еволюційний тиск на гетеротрофи, що спричиняло розвиток і спеціалізацію клітин, здатних виробляти власну їжу, шляхом фотосинтезу.

Ці нові автотрофні істоти спочатку залежали від варіанту фотосинтетичного процесу. Таким чином, вони вживали сірководень, який згодом замінили водою, коли втрутилася група ціанобактерій.

У той момент, коли вода переходить у фотосинтез як основний елемент, створюється важливий побічний продукт: кисень. Це виділялося в навколишнє середовище, де потроху його рівень піднімався. Таким чином, напевно, склалося нове різноманіття гетеротрофного життя, яке здатне дихати вільним киснем.

Характеристика автотрофних організмів

- синтез АТФ

Автотрофні організми перетворюють енергію, що надходить від Сонця, у зв’язки АТФ, через процес фотосинтезу. Значна частина цього АТФ гідролізується з метою забезпечення енергією, яка буде використана при перетворенні вуглекислого газу в шестивуглецеві цукри.

- Продукти фотосинтезу

Кінцевим продуктом фотосинтезу, який відбувається в хлоропластах, є сахароза, дисахарид, що складається з фруктози та глюкози. Це транспортується до тканин, які метаболізують його для отримання енергії. Також при цьому процесі утворюється крохмаль, який є джерелом зберігання вуглеводів.

Так само фотосинтез виділяє кисень у навколишнє середовище. Однак є деякі бактерії, наприклад, фіолетовий і зелений, де немає вироблення кисню. У них здійснюється особливий тип сонячної енергії, відомий як аноксигенний фотосинтез.

- Виробники

Рослини є автотрофними організмами і вони роблять собі їжу. Гетеротрофні організми харчуються іншими організмами

У межах харчового ланцюга автотрофні організми утворюють групу виробників. Це основи раціону первинних споживачів, які, як травоїдні тварини, харчуються переважно видами рослин.

-Енергетична передача

Автотрофи перетворюють і зберігають енергію в хімічні зв’язки простих цукрів. Ці полімеризуються, щоб вони могли зберігатися як довгі ланцюги вуглеводів, включаючи целюлозу та крохмаль. Також виробляється глюкоза і є основою для білків і жирів.

Коли гетеротрофний організм поглинає автотрофний, жири, вуглеводи та білки, які вони містять, дозволяють тварині виконувати всі свої життєво важливі метаболічні функції.

Типи автотрофних організмів

Фотоавтотрофи

Нитки цианобактерій Lyngbya (кисневі фотосинтетичні бактерії)

Фотоавтотрофні організми використовують світло як джерело енергії для отримання органічних речовин. Для цього вони здійснюють процес фотосинтезу. Прикладом цього є рослини, зелені водорості та деякі бактерії.

Хемоавтотрофи

Хемоавтотрофи - це організми, які отримують енергію від неорганічних хімічних процесів. В даний час ці організми живуть глибоко, де вони не отримують сонячного світла. Багато хто живе навколо вулканічних отворів, де тепло сприяє обмінним реакціям.

Приклади автотрофних організмів

- Рослини та зелені водорості

Це фотоавтотрофи, оскільки вони перетворюють сонячне світло у зменшений вуглець, який виступає джерелом хімічної енергії. Зелені водорості та рослини є основними в харчовому ланцюжку, оскільки вони входять до групи первинних виробників.

- Залізні бактерії

Залізні бактерії є хемоавтотрофами, оскільки отримують енергію від окислення органічних або неорганічних речовин. Вони, як правило, мешкають у ґрунті, в річках і в районах, де багато заліза, таких як підземні джерела води.

- Сірчані бактерії

Сірчані бактерії знаходяться в стоячих водах або джерелах сірчаного типу. На відміну від зелених водоростей або рослин, вони не використовують воду як відновник, тому не виробляють кисень.

Червоні сірчані бактерії мають велике значення для екосистеми, оскільки вони є важливою частиною циклів сірки та вуглецю. Крім того, вони в якості первинних виробників є їжею для широкого кола водних організмів.

Список літератури

1. Джон А. Ворон (2013). Еволюція автотрофії щодо потреби у фосфорі. Відновлено з academ.oup.com
2. Вікіпедія (2019). Автотрофос. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
3. Біологічний словник (2019). Автотроф. Відновлено з biologydictionary.net.
4. Ф. Мудрець. (2008). Автотрофи. Відновлено з sciencedirect.com.
5. Р. Сильний. (2008). Харчові ланцюги та харчові мережі. Відновлено з sciencedirect.com.
6. Вреде, А. Д. Кей. (2008). Органічна екофізіологія. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Schönheit P, Buckel W, Martin WF. (2016). Про походження гетеротрофії. Отримано з www.ncbi.nlm.nih.gov
8. Гонсалес-Торіл Е. (2011) Автотроф. Енциклопедія астробіології. Спрингер. Відновлено з link.springer.com.
9. Бренан, Джон (2019). Гетеротрофи еволюціонували від автотрофів ?. Відновлено з sciaching.com.