Экологам важно развивать навыки мышления, памяти и логики. В ноябре 2019 разработан новый игровой тренажер "Микробиолог". Нестандартные задания + игровая форма = отличный результат.
Типы питания живых организмов
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности.
Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное.
Автотрофы (автотрофные организмы) – организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических – углекислого газа, воды, минеральных солей.
В зависимости от источника энергии автотрофы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фототрофы – организмы, использующие для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии). Хемотрофы – организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).
Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) – организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах.
По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные), осмотрофы поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).
По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты. Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги). Среди них встречаются детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), копрофаги (питаются экскрементами) и др.
Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы – организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).
Все живые организмы по способу питания разделяются на три категории — автотрофов (от греч. аутос – сам и трофа – питание), гетеротрофов (от греч. гетерос – другой) и редуцентов.
Автотрофы или продуценты – это организмы, производящие (продуцирующие) органическое вещество. Автотрофам для их существования достаточно наличие воды, двуокиси углерода, неорганических солей и подходящего источника энергии. По источнику используемой энергии автотрофы в свою очередь делятся на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.
Фотосинтезирующие автотрофы для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. К ним относятся зелёные растения и пурпурные бактерии.
Процесс фотосинтеза начинается с того, что солнечные лучи поглощаются пигментом растений хлорофиллом, который и придаёт им зелёный цвет. Растения используют солнечную энергию для получения углеводородов (глюкозы, крахмала, целлюлозы) из углекислого газа (который они получают из атмосферы или воды) и воды (полученной из почвы или окружающих их источников воды). При этом выделяется кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. По сути, этот сложный процесс заключается в преобразовании лучистой энергии Солнца в химическую энергию, хранящуюся в сложных молекулярных структурах глюкозы и других углеводородов. Накопленная химическая энергия, созданная путём фотосинтеза, является прямым или косвенным источником питания для большинства организмов. Высокое содержание кислорода в атмосфере также является результатом фотосинтеза. Фотосинтез происходит практически на всей поверхности Земли и создаёт огромный геохимический эффект, который может быть выражен в количестве масс углекислоты и воды, ежегодно вовлекаемых растениями земного шара в построение органического живого вещества (табл. 1).
Таким образом, ежегодно 480 млрд. т вещества потребляется в процессе фотосинтеза зелёных растений. При этом создаётся 232 млрд. тонн органического вещества и выделяется в атмосферу 248 млрд. тонн свободного кислорода.
| Среда обитания | Используется и поглощается млрд. тонн/год | Создаётся и выделяется млрд. тонн/год | ||
| СО2 | Н2О | СпН2пОп | О2 | |
| Суша | 253 | 103 | 172 | 184 |
| Океан | 88 | 36 | 60 | 64 |
| Всего | 341 | 139 | 232 | 248 |
Пурпурные бактериисодержат пигменты, которые могут использовать солнечную энергию для фиксации двуокиси углерода в виде углеводов. Однако у них эта реакция не приводит к образованию молекулярного кислорода, и источником водорода служит не вода, как при фотосинтезе, а сероводород, молекулярный водород или другие соединения.
Хемосинтезирующие автотрофы – это некоторые виды бактерий, которые образуют органические вещества, используя химическую энергию при окислении соединений серы и железа. Например, в некоторых районах дна океана гидротермальные выходы служат источником огромных количеств горячей соленой морской воды и сероводорода. В этой абсолютной темноте, в условиях высоких температур специальные бактерии-продуценты преобразуют неорганический сероводород в необходимые им органические вещества.
Только продуценты способны сами производить для себя пищу, Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами все другие виды организмов. Большинство же животных получают питательные вещества, потребляя в пищу растения или растительноядных животных; образно говоря, любое мясо – это трава.
Организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь напрямую или косвенно продуцентами, называются консументами или гетеротрофами («питающиеся другими»). Консументы – это самые разнообразные организмы: простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы, млекопитающие. Для них характерны утилизация, перестройка и разложение сложных органических веществ. Консументы, потребляющие живые организмы (растения и животных), называются биофагами, а использующие в качестве пищи мёртвое органическое вещество — сапрофагами.
Биофаги в свою очередь подразделяются на три основных класса:
- фитофаги (растительноядные) — это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями;
- зоофаги (хищники, плотоядные) – это консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го и более высоких порядков, питающиеся только плотоядными животными;
- эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу.
Консументы, питающиеся остатками мёртвых растений или животных (детритом), называются сапрофагами(детритофагами). Примерами могут служить гиены, грифы, раки, земляные черви, многоножки, термиты, муравьи, личинки ряда мух и т.д.
Редуценты – это организмы (грибы и микроскопические одноклеточные бактерии), которые питаются мёртвым органическим веществом и при этом превращают его в неорганические соединения.
| Авто-трофы | сами делают | органи-ческие вещества | из неорга-нических. | Это растения и часть бактерий. |
| Гетеро-трофы | получают готовые | с пищей. | Это животные, грибы и большинство бактерий. |
- Автофототрофы – энергию для синтеза органических веществ получают из света (фотосинтез). К фототрофам относятся растения и фотосинтезирующие бактерии.
- Автохемотрофы – энергию для синтеза органических веществ получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например,
- серобактерии окисляют сероводород до серы,
- железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного,
- нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты.
Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза
- Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды – глюкоза).
- Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе — из окислительно-восстановительных реакций.
ВНИМАНИЕ! Разница между авто- и гетеротрофами состоит в способе получения органических веществ («получают готовые» или «делают сами»). Энергию для жизнедеятельности и авто-, и гетеротрофы получают путем дыхания.
Сравнение дыхания и фотосинтеза
Дыхание:
1) энергетический обмен, энергия выделяется
2) глюкоза окисляется в цитоплазме и митохондриях
3) кислород поглощается, углекислый газ выделяется
Фотосинтез:
1) пластический обмен, энергия запасается
2) глюкоза синтезируется в хлоропластах
3) кислород выделяется, углекислый газ поглощается
Дыхание у растений
1) Происходит во всех живых клетках круглосуточно (фотосинтез – только в зеленых клетках и только на свету).
2) При дыхании растения, как и мы, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Кислород окисляет глюкозу, созданную при фотосинтезе, получается энергия АТФ.
3) После полива рекомендуется рыхлить почву, чтобы к корням лучше поступал кислород. Если в земле не будет воздуха, то корни задохнутся, и растение погибнет.