Как появились автотрофные организмы кратко

Обновлено: 30.06.2024

Любой организм, который производит сложные органические соединения из простых веществ, присутствующих в его окружении.

Обзор цикла между автотрофами и гетеротрофы. Фотосинтез является основным средством, с помощью которого растения, водоросли и многие бактерии производят органические соединения и кислород из углекислого газа и воды ( зеленая стрелка ).

An автотроф или же основной производитель это организм, который производит сложные органические соединения (Такие как углеводы, жиры, и белки) с помощью углерод из простых веществ, таких как углекислый газ, [1] обычно используя энергию света (фотосинтез) или неорганические химические реакции (хемосинтез). [2] Они конвертируют абиотический источник энергии (например, свет) в энергию, хранящуюся в органические соединения, которые могут использоваться другими организмами (например, гетеротрофы). Автотрофам не нужен живой источник углерода или энергии, и они являются производители в пищевая цепочка, Такие как растения на суше или водоросли в воде (в отличие от гетеротрофы как потребители автотрофов или других гетеротрофов). Автотрофы умеют уменьшать диоксид углерода для производства органических соединений для биосинтеза и в качестве хранимого химического топлива. Большинство автотрофов используют воду в качестве Восстановитель, но некоторые могут использовать другие водородные соединения, такие как сероводород.

Первичные производители могут преобразовывать энергию в свет (фототроф и фотоавтотроф) или энергия в неорганических химических соединениях (хемотрофы или же хемолитотрофы) строить Органические молекулы, который обычно накапливается в виде биомасса и будет использоваться в качестве источника углерода и энергии другими организмами (например, гетеротрофы и миксотрофы). Фотоавтотрофы являются основными первичными производителями, преобразующими энергию света в химическую энергию посредством фотосинтез, в конечном итоге создавая органические молекулы из углекислый газ, неорганический источник углерода. [3] Примеры хемолитотрофов: археи и бактерии (одноклеточные организмы), производящие биомасса от окисление из неорганических химических соединений эти организмы называют хемоавтотрофы, и часто встречаются в гидротермальные источники в глубоком океане. Первичные производители находятся на самом низком уровне трофический уровень, и являются причинами, по которым Земля является устойчивой для жизни по сей день. [4]

Наиболее хемоавтотрофы находятся литотрофыс использованием неорганических доноров электронов, таких как сероводород, водородный газ, элементаль сера, аммоний и закись железа в качестве восстановителей и источников водорода для биосинтез и выделение химической энергии. Автотрофы используют часть АТФ образуется во время фотосинтеза или окисления химических соединений для уменьшения НАДФ + к НАДФН с образованием органических соединений. [5]

Содержание

История

Варианты

Некоторые организмы полагаются на органические соединения как источник углерод, но умеют использовать свет или же неорганические соединения как источник энергии. Такие организмы миксотрофы. Организм, который получает углерод из органических соединений, но получает энергию от света, называется фотогетеротроф, в то время как организм, который получает углерод из органических соединений и энергию от окисления неорганических соединений, называется хемолитогетеротроф.

Данные свидетельствуют о том, что некоторые грибы также могут получить энергию из ионизирующего излучения: Такой радиотрофные грибы были обнаружены растущими внутри реактора Чернобыльская АЭС. [9]

Примеры

В экосистеме Земли в разных государствах существует множество различных типов первичных продуцентов. Грибы и другие организмы, которые получают свою биомассу из окисляющих органических материалов, называются разлагатели и не являются основными производителями. Тем не мение, лишайники расположенные в тундровом климате, являются исключительным примером первичных продуцентов, которые посредством мутуалистического симбиоза сочетают фотосинтез с водоросли (или дополнительно азотфиксация цианобактериями) с защитой разлагателя грибок. Кроме того, первичные продуценты, похожие на растения (деревья, водоросли), используют солнце как форму энергии и направляют его в воздух для других организмов. [3] Конечно, существуют первичные продуценты H2O, в том числе бактерии, и фитопланктон. Поскольку существует множество примеров основных продуцентов, два доминирующих типа - кораллы и один из многих типов бурых водорослей, ламинария. [3]

Фотосинтез

Валовая первичная продукция происходит за счет фотосинтеза. Это также основной способ, которым первичные производители берут энергию и производят / отпускают ее в другом месте. Это делают растения, кораллы, бактерии и водоросли. Бактерии - более недавняя находка в процессе фотосинтеза с первичными продуцентами, поскольку они [ когда? ] обнаружен в почве. Во время фотосинтеза первичные продуценты берут энергию солнца и превращают ее в энергию, сахар и кислород. Первичным производителям также нужна энергия для преобразования этой же энергии в другом месте, поэтому они получают ее из питательных веществ. Один из видов питательных веществ - азот. [4] [3]

Экология

Без первичных продуцентов, организмов, способных производить энергию самостоятельно, Земля не смогла бы поддерживать себя. [3] Растения, наряду с другими первичными продуцентами, производят энергию, потребляемую существами, и кислород, которым они дышат. [3] Считается, что первые организмы на Земле были основными продуцентами, расположенными на дне океана. [3]

Автотрофы являются основой пищевых цепей всех экосистемы в мире. Они берут энергию из окружающей среды в виде солнечного света или неорганических химикатов и используют ее для создания молекул топлива, таких как углеводы. Этот механизм называется основное производство. Другие организмы, называемые гетеротрофы, возьмите автотрофов как еда выполнять функции, необходимые для их жизни. Итак, гетеротрофы - все животные, почти все грибы, а также большинство бактерии и простейшие - зависят от автотрофов, или первичные производители, на необходимое им сырье и топливо. Гетеротрофы получать энергию, расщепляя углеводы или окисляя органические молекулы (углеводы, жиры и белки), полученные с пищей. [10] Плотоядный организмы косвенно полагаются на автотрофов, поскольку питательные вещества полученные от их гетеротрофной добычи, происходят от автотрофов, которых они съели.

Большинство экосистем поддерживаются автотрофными основное производство из растения и цианобактерии тот захват фотоны первоначально выпущенный солнце. Растения могут использовать только часть (примерно 1%) этой энергии для фотосинтез. [11] Процесс фотосинтез расщепляет молекулу воды ( ЧАС 2 О < displaystyle < ce >> ), выделяя кислород ( О 2 < displaystyle < ce >> ) в атмосферу, и сокращение углекислый газ ( CO 2 < displaystyle < ce >> ), чтобы освободить атомы водорода которые подпитывают метаболический процесс основное производство. Растения преобразуют и сохраняют энергию фотона в химические связи простые сахара во время фотосинтеза. Эти растительные сахара полимеризованный для хранения в виде длинной цепи углеводы, включая другие сахара, крахмал и целлюлозу; глюкоза также используется для производства жиры и белки. Когда автотрофов поедают гетеротрофы, т.е. потребители, такие как животные, углеводы, жиры, и белки содержащиеся в них становятся источниками энергии для гетеротрофы. [12] Белки можно получить, используя нитраты, сульфаты, и фосфаты в почве. [13] [14]

Первичная продукция в тропических ручьях и реках

Водоросли вносят значительный вклад в пищевые сети в тропических реках и ручьях. Это проявляется в чистом первичном производстве, фундаментальном экологическом процессе, который отражает количество углерода, синтезируемого в экосистеме. Этот углерод в конечном итоге становится доступным для потребителей. Чистая первичная продукция показывает, что темпы притока первичной продукции в тропических регионах по крайней мере на порядок выше, чем в аналогичных системах с умеренным климатом. [15]

В науке используется масса всевозможных классификаций. Вы наверняка знаете, что существует живое и неживое, что все существа делятся на микроорганизмы, растения, животных и грибы, что животные бывают хищниками и травоядными и т.д.

А знаете ли вы, что биологи все живые организмы делят на гетеротрофы и автотрофы? Чем отличаются эти организмы и чем оправдано их присутствие на Земле?

Автотрофы – первые в цепочке

Автотрофы расположены на первой ступеньке пищевой цепи. Они являются источником того органического вещества, из которого состоит все живое на Земле. К автотрофам причисляют растения, водоросли и некоторые бактерии. Энергию, необходимую для синтеза органики, автотрофы получают либо от Солнца (процесс фотосинтеза), либо от химических реакций.

И в самом деле, гетеротрофные организмы способны усваивать только органические вещества. Они не могут самостоятельно синтезировать органику в своем теле, поэтому едят другие организмы или продукты их жизнедеятельности (распада). Пищеварение гетеротрофов устроено следующим образом: они потребляют органические вещества и расщепляют их с помощью специальных ферментов.

К гетеротрофам относятся бактерии, грибы, практически все животные и небольшая часть растений. Гетеротрофные организмы, в свою очередь, подразделяются на группы. По типу потребляемой пищи они делятся на консументы и редуценты. Этими сложными терминами в биологии обозначают достаточно простые понятия.

Консументы – существа, потребляющие органику, созданную автотрофами, но не способные разлагать ее до состояния неорганических веществ. В эту группу входят животные, поедающие растения (травоядные), других животных (хищники), животные паразиты, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения.

Редуценты схожи с консументами тем, что для своего существования нуждаются в органике, синтезированной другими организмами (то есть являются гетеротрофами). Кардинальное отличие редуцентов состоит в способности этих существ перерабатывать продукты разложения других организмов и трансформировать их в неорганические соединения.

Это и есть важнейшая роль редуцентов в экологической системе. Ведь если бы останки всех погибших организмов сохранялись бы на поверхности Земли и не разрушались до неорганического состояния, то растения не получали бы питания и жизнь была бы невозможной. К редуцентам относят бактерии и грибы.

Размытые границы

Интересно, что четкой границы между различными категориями организмов нет, ведь все живое постоянно приспосабливается к условиям существования, вырабатывая новые, порой совершенно невероятные механизмы выживания. Существует большая группа миксотрофов, занимающих промежуточное положение между гетеротрофами и автотрофами.

К ним относятся, в частности, насекомоядные растения, например – венерина мухоловка. Это растение образует органику с помощью фотосинтеза, но часть питательных веществ получает из тел насекомых, которых успешно заманивает в особые ловушки.

Растения-гетеротрофы, являющиеся паразитами, научились извлекать пищу из других растений, поэтому полностью или частично утратили способность к фотосинтезу.

Ну а редуцентами в некоторой степени могут считаться все живые существа, ведь в процессе жизнедеятельности все живое выделяет воду, углекислый газ и простейшие органические соединения, то есть участвует в процессе разложения органики.

История с гетеротрофами и автотрофами лишний раз показывает, насколько сложно и интересно устроена жизнь на нашей планете и как бережно человек должен относиться к ней.

Люди и многие животные должны употреблять в пищу других живых существ, чтобы получать энергию для жизнедеятельности. Но есть автотрофные организмы, которые могут самостоятельно синтезировать питательные вещества. Автотрофы способны обеспечить источниками энергии как себя, так и тех, кто не может производить их самостоятельно.

Кто такие автотрофы?

Автотрофы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) – организмы, которые самостоятельно производят сложные органические вещества (например, углеводы, жиры и белки) из неорганических (таких как вода, диоксид углерод, неорганические соединения азота), использую для этого солнечного света (фотосинтез) или химических реакций (хемосинтез).

Каждое живое существо нуждается в энергии, чтобы выжить. Мы получаем эту энергию из продуктов, которые мы едим. Продукты, употребляемые нами в пищу, когда-то были живыми и сами по себе полны энергии. Организмы, которые должны питаться другими живыми существами, чтобы выжить, называются гетеротрофами. Поскольку гетеротрофы не могут самостоятельно синтезировать питательные вещества, их называют консументами (потребителями).

Но представьте, что вы можете получать питательные вещества без еды. Это именно то, что делают автотрофы. Они синтезируют органические вещества из неорганических посредством фотосинтеза или хемосинтеза. Автотрофы являются первичными продуцентами (производителями), поскольку они служат источником пищи для всех гетеротрофных организмов.

Типы автотрофов

Существует два типа автотрофов: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Фотоавтотрофы

Фотоавтотрофы получают энергию от солнечного света и преобразуют ее в питательные вещества. Этот процесс называется фотосинтезом. В процессе фотосинтеза не только солнечный свет превращается в энергию, но из атмосферы также берется углекислый газ, а вместо него выделяется кислород.

Хемоавтотрофы

Хемоавтотрофы – это организмы, которые синтезируют органические вещества из неорганических при помощи хемосинтеза. Хемосинтез – это процесс, в результате которого некоторые бактерии и археи, преобразовывают химическую энергию в питательные вещества. Они могут использовать в качестве восстановителей такие неорганические соединения, как сероводород, сера, аммоний и железо, а также синтезировать органические соединения из углекислого газа. Хемоавтотрофы встречаются в экстремальной среде обитания, например, в глубоководных источниках, куда не проникает солнечный свет. К ним относятся метаногены, галофилы, нитрификаторы, термоацидофилы, сероокисляющие бактерии и другие экстремофилы.

Примеры автотрофов

Большинство растений относятся к автотрофам. Все автотрофные растения являются фотоавтотрофами. Растения имеют органеллы, называемые хлоропластами, которые позволяют им захватывать солнечный свет, необходимый для фотосинтеза. Растения также получают питательные вещества из воды, различных минеральных веществ в почве (таких как азот и фосфор) и углекислого газа в атмосфере.

Водоросли также имеют хлоропласты и являются фотоавтотрофами. Хотя водоросли выглядеть как растения, они довольно разные. Растения в основном ведут прикрепленный образ жизни – они пускают корни и не двигаются, как только начинают расти. Водорослям не нужно укоренять в одном месте. Кроме того, растения многоклеточные, тогда как водоросли могут быть как многоклеточными, так и одноклеточными.

К фотоавтотрофам и хемоавтотрофам также относятся некоторые бактерии. Цианобактерии, встречающиеся как в водной, так и наземной среде являются примером фотоавтотрофов. Они известны тем, что вызывают цветение воды, которое может быть очень токсичными. Примерами хемоавтотрофных бактерий являются азотфиксирующие бактерии в почве и сероокисляющие бактерии в глубоководных термальных жерлах.

Два вида автотрофов

Примеры организмов автотрофов

Отличительные признаки автотрофов

У них нет органов для добывания, измельчения и переваривания пищи. У животных в этом плане есть лапы с когтями, острые зубы, сильные челюсти, желудок, кишечник. Растениям этого ничего не надо.

Они устроены намного проще, чем гетеротрофы. Поскольку гетеротрофам надо во что бы то ни стало добыть себе пищу, их организм устроен намного более сложно. Самый яркий пример здесь – головной мозг и все рефлексы, которые так или иначе им контролируются. Хищник должен уметь подкрадываться к жертве, определять, с какого расстояния можно ее атаковать. И в то же время следить за тем, чтобы не стать добычей другого хищника. И вообще множество всего анализировать каждую секунду, чтобы не проиграть в борьбе за выживание.

Роль автотрофов в круговороте органики

С автотрофов начинается процесс круговорота органических веществ. Если не будет автотрофов, этот процесс вообще не запустится.

Бактерии и грибы возвращают распавшиеся органические вещества в почву, откуда растения снова их впитывают и снова превращают в органику.

Автотрофов в этой цепочке принято называть продуцентами, потому что они производят органические вещества. Животные, поедающие растения – это консументы, а грибы и бактерии, разлагающие мертвых животных и мертвые растения – это редуценты.

Однако встречаются организмы, которые сами для себя производят органику, а потом сами же ее разлагают. Пример – медуза Cyanea, которая плавает практически во всех океанах. Она является автотрофом, но сама же расщепляет органические вещества до полностью неорганических. Поэтому она и продуцент, и консумент, и редуцент.

Заключение

Это вторая статья по биологии, которую я публикую на сайте. Так получилось, что первая была про гетеротрофов. Напишите, пожалуйста, какие недостатки вы видите в тексте, чтобы я мог его доработать.

Форма для комментария чуть ниже, прокрутите мышью, и вы ее увидите. Я читаю все комментарии и отвечаю на них. Заранее спасибо.

Читайте также: