Сообщение о бактерии автотрофы

Обновлено: 02.07.2024

Что такое автотрофные бактерии

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.

Особенности автотрофных бактерий

Автотрофные бактерии способны ассимилировать неорганические ресурсы, и образовывать органические молекулы белков и углеводов. Они потом становятся ресурсами для гетеротрофов. Автотрофы потребляют углерод из углекислоты. Это сопровождается затратами энергии. Они получают энергию в результате окисления химических соединений, то есть хемоситнеза. Другие бактерии –автотрофы, имеющие в составе вещества, сходные с хлорофиллом, осуществляют фотосинтез с использование энергии солнца.

Автотрофы поглощают из окружающей среды солнечную энергию, создавая затем из неорганических веществ органические вещества.

Автотрофные бактерии – это продуценты в пищевой цепи, то есть самостоятельно производят питательные вещества.

Какие бактерии относятся к автотрофам

К ним относятся бактерии, которые самостоятельно продуцируют органические вещества, требующиеся для их жизнедеятельности, из неорганических. При этом используется либо энергия солнечных лучей, либо окисление неорганических веществ. В зависимости от энергообеспечения, по способам питания автотрофные бактерии относятся к двум большим подгруппам:

Фотосинтезирующие бактерии. Они используют энергию солнечного излучения для процессов обмена. Прежде всего, к ним относят цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, обладающие способностью к фотосинтезу, и пурпурные бактерии.
Хемоситнезирующие бактерии: используют для этих же процессов окислительно-восстановительные реакции. Источниками энергии для них выступают энергетические связи химических веществ, благодаря чему синтезируют из неорганических веществ органические вещества. Они получают такие вещества и из кислородной, и из бескислородной среды. Наиболее распространенные представители хемотрофов: серобактерии, нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии. Хемоторофы не зависят от солнечного света.

Типы автотрофных бактерий

К фотофторным бактериям (фотоавтотрофам) относятся зеленые и пурпурные серобактерии. Они синтезируют части своего тела из минеральных веществ и углекислого газа, используя световую энергию.
Хемотрофные бактерии (хемоавтоттрофы) получают питание за счет хемосинтеза, то есть органические вещества могут синтезироваться из неорганических за счет энергии, образованной при протекании химических реакций. К ним относятся железобактерии, нитрифицируюшие бактерии, серобактерии.

Нитрифицирующие бактерии, встречающиеся в водоемах и в почве, превращают аммиак и аммонийные соли в нитраты. Их очень хорошо усваивают растения.
Железобактерии окисляют соединения железа. Они обитают в водоемах с пресной или соленой водой и принимают участие в круговороте железа в природе.
Серобактерии, также обитающие в водах морей, океанов, рек и озер, окисляют сероводород и прочие серные соединения.

По типу дыхания автотрофные бактерии могут быть аэробными и анаэробными.

Аэробные бактерии дышат кислородом, содержащимся в атмосфере.
Анаэробы способны жить и размножаться без кислорода, получая энергию, необходимую для жизни, из расщепляющихся органических веществ. При этом процессе образуются такие вещества, как спирт, глицерин, молочная кислота.

Питание автотрофных бактерий

Автотрофы питаются неорганическими веществами, имеющими простейшую структуру: водородом, азотом, углеродом. Из них бактериями создаются сложные органические вещества, нужные для обеспечения жизнедеятельности. Автотрофы могут поглощать необходимые вещества, растворенные в воде. То есть, для жизнедеятельности автотрофов им нужны только вода, углекислый газ и неорганические соли.

Некоторые виды автотрофных бактерий питаются за счет фотосинтеза, аналогично зеленым растениям.

Пурпурные серобактерии могут вырабатывать бактериопурпурин – особый фермент, очень схожий с хлорофиллом. С его помощью бактерии используют световую энергию для построения клеточных органических веществ, поглощанмых из углекислого газа и неорганических солей.

Бактерии, усваивающие углерод как из углекислого газа, так и из органических соединений, являются миксотрофами, то есть им присущ смешанный тип питания.

Строение автотрофных бактерий

Это прокариотические организмы, у них отсутствуют ядерные оболочки, пластиды, митохондрии и другие мембранные органеллы. У них присутствует только одна кольцевая ДНК.

Бактериальную клетку покрывает несколько внешних слоев. Основным ее компонентом выступает клеточная стенка. Она не только придает им форму и жесткость, но и защищает клетку от повреждений, участвует в процессах метаболизма и транспорта экзотоксинов. Клеточная стенка содержит полисахариды.

Дополнительную защиту многим автотрофным бактериям создает слизистый слой, который расположен с наружной стороны оболочки. Поверхность клетки бактерии покрыта множеством ворсинок. Они являются пустыми выростами цитоплазматической мембраны. У некоторых видов автотрофов есть нитевидные жгутики.

Обязательными клеточными структурами автотрофной бактерии являются нуклеоиды, рибосомы, цитоплазматическая мембрана, мезосомы.

Примеры авторофных бактерий

Галофилы – автотрофные бактерии, которые способны противостоять концентрациям солей. Они обитают в морях.
Сульфоксидантные бактерии, или окисляющие серу, поглощают неорганическую серу из окружающей среды, с целью ее дальнейшего окисления и производства собственных продуктов обмена. Они способны улавливать сероводород, образующийся при разложении органических соединений, в состав которых входит сульфат. Являясь аэробными хемоавтотрофами, они превращают сероводород в серу. Сульфоксидантные бактерии обитают в горячих источниках, в действующих вулканах.
Железные бактерии встречаются в реках и грунтовых водах, а также в почвах, обогащенных железом. Применяя ионы железа и марганца в восстановленном состоянии, они способны окислять их, тем самы превращая в оксиды.
Нитрификаторы ответственны за окисление восстановленных неорганических азотных соединений (аммония, аммиака), превращая их в нитраты. Эти бактерии обитают в соленых и пресных водах, а также в почве.
Аннамокс анаэробно окисляет ионы аммония и нитриты, образуя газообразный азот.
Кислородные фотоавтотрофы:

цианобактерии, осуществляющие оксигенный фотосинтез,
прохлорококк, являющийся частью морского планктона,
хроококцидиопсис,
осциллятория.

Аноксигенные фотоавтотрофы:

несернистые пурпурные бактерии (родоспириллумы), способные расти на минеральных средах,
незернистые зеленые бактерии (хлорофлексус, хлоронема),
серая зелень.

Хемоавтотрофы:

бесцветные серые бактерии,
азотные бактерии (нитросомонады, нитрозококк, нитробактер),
железные бактерии,
водородные бактерии.

Польза автотрофных бактерий

Автотрофы обогащают почву органическими веществами, делая ее еще более плодородной. Из опавшей листвы и пожухлой травы они вырабатывают питательный гумус.
Автотрофные бактерии создают органические вещества, используемые в питании гетеротрофами. Автотрофы являются единственным источником энергии для гетеротрофных организмов: гетеротрофных бактерий, грибов, животных, людей.
Автотрофные бактерии создают основу для органического многообразия на нашей планете.
Благодаря им могут зарождаться месторождения минералов. Автотрофы участвуют в концентрации химических элементов, содержащихся в месторождениях различных полезных ископаемых, например, сульфидные руды, серные залежи.
Деятельность автотрофных бактерий приводит к самоочищению водоемов, что делает ее пригодной для жизни и употребления.

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.

Бактерии, как и все живые клетки, нуждаются в энергии и питательных веществах для построения белков и структурных мембран, а также управления биохимическими процессами. Бактериям необходимы источники углерода, азота, фосфора, железа и большого количества других молекул. Углерод, азот и вода используются в самых больших количествах. Питательные потребности бактерий могут быть сгруппированы в зависимости от источника углерода и энергии. Одни виды бактерий должны потреблять предварительно сформированные органические молекулы для получения энергии, в то время как другие бактерии могут генерировать свою собственную энергию из неорганических источников.

Автотрофы и гетеротрофы

У бактерий, как и других живых организмов есть два основных способа питания. Одни бактерии получают энергию, потребляя органические молекулы. Эти организмы являются гетеротрофами, как животные и грибы, питающиеся другими организмами. Есть также бактерии, которые производят пищу самостоятельно. Они преобразовывают световую энергию (фототрофы) или химические неорганические вещества (хемотрофы) в полезную энергию, необходимую для их существования. Эти бактерии являются автотрофами, как растения и водоросли.

Бактерии, питающиеся неорганическими соединениями

Некоторые автотрофные бактерии, называемые хемотрофами, синтезируют пищу из неорганических соединений посредством хемосинтеза. Двуокись углерода обычно является единственным источником клеточного углерода для хемосинтезирующих бактерий. Эти автотрофные микроорганизмы используют сероводород, аммиак или газообразный водород для восстановления углерода до необходимых углеводов. Нитрифицирующие бактерии, которые окисляют аммиак с образованием нитритов и нитратов, являются примером бактерий, использующих автотрофный способ питания, или, более конкретно, химиоавтотрофное питание.

Бактерии, потребляющие органические соединения

Гетеротрофным бактериям требуются органические источники углерода, такие как углеводы, жиры и аминокислоты. Примером могут служить сапрофитные бактерии. Они получают свое питание из отмершего органического вещества. Используя ферменты, эти бактерии расщепляют сложные соединения и используют питательные вещества для высвобождения энергии. Сапрофитные бактерии являются разложителями (редуцентами) и играют важную роль в экосистеме, выделяя более простые продукты, которые могут использовать растения и животные.

Бактерии, которые используют свет в качестве пищи

Фототрофные бактерии – автотрофы, поглощающие световую энергию, а затем используют ее в фотосинтезе для создания клеточной энергии. Есть два типа бактерий-фототрофов. Те, которые не производят кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, называются анаэробными бактериями, а те, которые производят кислород, называются аэробными. Цианобактерии – это пример бактерий, осуществляющих фотоавтотрофное питание. Фототрофами могут быть как автотрофы, так и гетеротрофы. Гетеротрофные фототрофы потребляют органический углерод в дополнение к производству органических молекул посредством фотосинтеза.

Бактерии, питающиеся химическими веществами

Эти бактерии получают химическую энергию из окружающей среды и превращают ее в аденозинтрифосфат (АТФ) для использования в клетках. Эти бактерии также считаются хемотрофами и получают энергию в результате окислительно-восстановительных реакций неорганических соединений, таких как аммиак, сероводород и железо. Например, серные бактерии – хемоавтотрофы, которые производят энергию, окисляя сероводород до серы и воды. Этот процесс является формой хемосинтеза.

Бактерии очень разнообразны. Среди них встречаются и гетеротрофные, и автотрофные организмы. Большинство известных науке бактерий относятся к гетеротрофам.

Гетеротрофы не способны самостоятельно производить органические вещества и поэтому используют то, что образовали другие организмы.

В зависимости от способа питания среди этих бактерий выделяют три группы: сапрофиты, симбионты и паразиты.

Существуют бактерии, которые сами производят органические вещества из неорганических. Их называют автотрофами.

К ним относятся цианобактерии (сине-зелёные водоросли), которые содержат в своих клетках хлорофилл и способны создавать органические вещества из неорганических, используя световую энергию (в их клетках происходит процесс фотосинтеза). Цианобактерии сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Другие, например, железобактерии, серобактерии, используют энергию, полученную из химических реакций, т. е. преобразования одних минеральных веществ в другие.

Автотрофы (греч. autos– сам, trophe – пища) – тип бактерий, выделяемый по типу источников углерода. Объединяет бактерии, получающие углерод из углекислого газа (CO₂) и синтезирующие из него необходимые органические вещества [3] .

Автотрофы автономны и независимы в развитии от жизнедеятельности других организмов, способны развиваться в минеральных средах. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Одновременно, по типу источников углерода, выделяют бактерии – гетеротрофы. Фитопатогенные микроорганизмы все являются гетеротрофами [3] .

Автотрофы: Пурпурные серобактерии.

Путь синтеза углекислоты

Синтез воспринятой углекислоты (CO₂) в сложные органические соединения происходит путем хемосинтеза, то есть окисления химических соединений. Таким образом, автотрофы обладают способностью синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических – углекислого газа, аммиака, нитритов, сероводорода [1] .

Автотрофы не нуждаются в органических соединениях углерода, входящих в состав других живых организмов и не являются болезнетворными [3] [1] .

Разновидности автотрофных бактерий

Отдельные виды автотрофных бактерий способны питаться подобно зеленым растениям за счет фотосинтеза. В частности пурпурные серобактерии вырабатывают особый пигмент сходный по типу с хлорофиллом – бактериопурпурин. При помощи данного фермента пурпурные бактерии используют световую энергию (фотосинтез) для построения органических веществ клетки из углекислого газа и неорганических солей [1] .

В числе автотрофов установлены бактерии, обладающие способностью усваивать углерод не только из углекислого газа окружающего воздуха, но и из органических соединений. Это так называемые миксотрофы (организмы со смешанным типом питания) [3] [1] .

Читайте также: