Автотрофные организмы¶

Автотрофный организм — это организм, способный синтезировать органические вещества из неорганических соединений (углекислого газа, воды, минеральных солей) за счёт энергии света или химических реакций. Автотрофы (от греч. αὐτός — «сам» и τροφή — «питание») противопоставляются гетеротрофам, которые готовые органические вещества получают извне. Автотрофные организмы составляют основу всех экосистем, являясь продуцентами — первым звеном пищевых цепей.

¶Классификация

По источнику энергии автотрофы делятся на две большие группы:

По источнику углерода различают:

• Автотрофы-хемолитотрофы — используют неорганические доноры электронов (сероводород, аммиак, закисное железо, водород);
• Хемоорганотрофы — в широком смысле относятся к гетеротрофам, однако некоторые бактерии способны окислять простые органические соединения, используя их как источник энергии.

¶Фотосинтез

Основной путь автотрофного питания — фотосинтез, при котором энергия света преобразуется в энергию химических связей органических веществ. Общая формула фотосинтеза:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

У зелёных растений и водорослей фотосинтез происходит в хлоропластах, содержащих хлорофилл. Процесс состоит из световой фазы (в мембранах тилакоидов) и темновой (в строме, цикл Кальвина). Цианобактерии, не имеющие хлоропластов, выполняют фотосинтез на внутренних мембранах.

¶Хемосинтез

Хемосинтез — автотрофный синтез органических веществ с использованием энергии окисления неорганических соединений. Открыт в XIX веке русским микробиологом С. Н. Виноградским, изучавшим почвенные бактерии. К хемосинтезирующим организмам относятся:

• нитрифицирующие бактерии (Nitrosomonas, Nitrobacter) — окисляют аммиак до нитритов и нитратов;
• серобактерии (Beggiatoa, Thiobacillus) — окисляют сероводород и элементарную серу;
• железобактерии — окисляют закисное железо до окисного;
• водородные бактерии — используют молекулярный водород;
• метанотрофы — окисляют метан.

Хемосинтезирующие бактерии играют ключевую роль в глубоководных экосистемах вокруг гидротермальных источников, где солнечный свет не проникает. Вместе с симбиотическими хемосинтезирующими бактериями они образуют основу пищевых цепей, не связанных с фотосинтезом.

¶Экологическое значение

Автотрофные организмы выполняют несколько ключевых функций в биосфере:

1. Продукция органического вещества. Ежегодно фотосинтезирующими организмами создаётся около 100–150 млрд тонн сухой органической массы.
2. Кислородный баланс. Почти весь свободный кислород атмосферы — продукт фотосинтеза.
3. Углеродный цикл. Автотрофы фиксируют углекислый газ, участвуя в регулировке его концентрации в атмосфере.
4. Основа пищевых цепей. Гетеротрофные организмы — животные, грибы, большинство бактерий — прямо или косвенно зависят от автотрофов.

¶Автотрофы и гетеротрофы

Разделение на автотрофов и гетеротрофов — одно из фундаментальных в биологии. Существуют и промежуточные формы: миксотрофы (например, эвгленовые водоросли), способные в зависимости от условий переходить от фотосинтеза к поглощению готовой органики, и фотогетеротрофы, сочетающие использование света с потреблением органических соединений.

¶Происхождение

Первые автотрофные организмы, вероятно, появились на Земле более 3 млрд лет назад. Исторически ранние автотрофы, вероятно, были хемосинтезирующими бактериями, а фотосинтез развился позднее — сначала бескислородный (аноксигенный), затем кислородный, связанный с цианобактериями. Кислородный фотосинтез привёл к «Великому кислородному событию» около 2,4 млрд лет назад, коренным образом изменившему состав атмосферы и условия жизни на планете.

¶Источники

• Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров. — М.: Большая российская энциклопедия.
• Виноградский С. Н. Автотрофия микроорганизмов. — М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1946.
• Кузьмин И. И. Ботаника: учебник для вузов. — М.: Высшая школа.
• Таусон В. Л. Биохимия автотрофных организмов. — М.: Наука.