Автотрофы — организмы-самоеды¶
Автотрофы (от греч. αὐτός — «сам» и τροφή — «пища») — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений, используя энергию света или химических реакций. Вместе с гетеротрофами они образуют два основных типа питания, определяющих круговорот веществ в биосфере. Автотрофы составляют основу пищевых цепей и являются главными первичными продуцентами биомассы на Земле.
¶Способы автотрофного питания
¶Фотоавтотрофы
Фотоавтотрофы (фототрофы) получают энергию из солнечного света и синтезируют органику из углекислого газа и воды. К ним относятся зелёные растения, водоросли, цианобактерии и некоторые другие прокариоты. Процесс фотосинтеза включает световую и темновую (карбоксилирования) фазы; в хлоропластах или мембранах фотосинтезирующих бактерий образуются АТФ и восстановленные никотинамиднуклеотиды, а затем органические молекулы.
¶Хемоавтотрофы
Хемоавтотрофы (хемотрофы) синтезируют органику, окисляя неорганические соединения — аммиак, сероводород, ионы железа, марганца, водород. Энергия этих реакций запасается в виде АТФ. Хемосинтезирующие бактерии обитают в глубоководных гидротермальных источниках, в почве, в кишечнике животных, где кислород отсутствует или его мало. Классический пример — нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до нитритов и нитратов, и железобактерии, осаждающие оксиды железа.
¶Классификация
| Группа | Источник энергии | Источник углерода | Примеры |
|---|---|---|---|
| Фотоавтотрофы | Свет | CO₂ | Зелёные растения, цианобактерии |
| Хемоавтотрофы | Окислительно-восстановительные реакции | CO₂ | Нитрифицирующие бактерии, железобактерии |
По типу углеродного источника среди автотрофов выделяют также литотрофов (использующих неорганические доноры электронов) и органотрофов (использующих органические доноры электронов, но синтезирующих органику из CO₂ — так называемые хемолитоавтотрофы и хемоорганоавтотрофы).
¶Роль в биосфере
Автотрофы выполняют несколько ключевых функций:
- Первичная продукция. Фотосинтезирующие организмы ежегодно фиксируют около 100–115 млрд тонн углерода, превращая его в органические вещества.
- Круговорот веществ. Автотрофы участвуют в круговороте углерода, кислорода, азота, серы и других элементов, связывая неорганические формы с органическими.
- Кислородный баланс. Фотосинтез — основной источник свободного кислорода в атмосфере и гидросфере.
- Основа пищевых цепей. Все гетеротрофы прямо или косвенно зависят от автотрофной продукции.
¶Экологическое значение
Автотрофы формируют продуктивность экосистем: от тропических лесов и океанических фитопланктонных зон до глубоководных хемосинтетических сообществ, существующих без солнечного света. Глубоководные экосистемы у гидротермальных источников («чёрных курильщиков») полностью построены на хемосинтезе — первичными продуцентами там служат бактерии, окисляющие сероводород и метан.
¶История изучения
Открытие хемосинтеза связано с работами русского микробиолога Сергея Виноградского, который в 1880-х годах описал нитрифицирующих и серобактерий, синтезирующих органику без участия света. Термин «автотрофия» был предложен немецким ботаником Андреасом Шимпером в 1898 году. В XX веке изучение глубоководных экосистем показало, что хемосинтез может быть основой целых биоценозов, не зависящих от солнечной энергии.
¶Примечания
Автотрофы противопоставляются гетеротрофам — организмам, получающим готовые органические вещества из внешней среды. Существуют переходные формы: некоторые бактерии способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию (факультативные автотрофы), например, кишечная палочка при определённых условиях.
Источники:
- Биологический энциклопедический словарь (Гиляров, 1986)
- Виноградский С. Н. Микрофлора почвы (1897)
- Мазур И. М., Шилов И. Н. Биология (1980)
- Кузнецов Н. Н. Краткий курс физиологии растений (1968)