Автотрофы — тип питания организмов¶

Автотрофы — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений (воды, углекислого газа, минеральных солей) за счёт энергии света или химических реакций. Термин введён немецким ботаником Андреасом Шимпером в 1881 году; понятие «автотрофия» было развито Вильгельмом Пфеффером. Автотрофы составляют основу биосферы, являясь продуцентами — первичными производителями органического вещества в экосистемах.

¶Классификация по источнику энергии

Автотрофов различают по типу энергии, используемой в процессе синтеза.

¶Фототрофы

Фототрофы используют энергию света. К ним относятся зелёные растения, водоросли, цианобактерии и некоторые протисты. Синтез органических веществ у них идёт в ходе фотосинтеза, в котором вода разлагается с выделением кислорода (оксигенные фототрофы). Существуют также аноксигенные фототрофы, использующие в качестве донора электронов сероводород или железо, — например, зелёные и пурпурные бактерии.

¶Хемотрофы

Хемотрофы получают энергию за счёт окисления неорганических веществ — сероводорода, аммиака, нитритов, закисного железа, водорода. Среди них выделяют:

• хемолитотрофы — используют неорганические субстраты (железобактерии, нитрифицирующие и серобактерии);
• хемоорганотрофы — окисляют органические соединения, но при этом синтезируют органику из CO₂ (автотрофные метаногены и ацетогены).

Хемолитоавтотрофы играют ключевую роль в глубоководных экосистемах вокруг гидротермальных источников, где солнечный свет не проникает.

¶Фотосинтез

Основной процесс автотрофного питания — фотосинтез, в ходе которого углекислый газ и вода под действием света превращаются в органические вещества и кислород:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

У высших растений фотосинтез идёт в хлоропластах, содержащих хлорофилл. У цианобактерий фотосинтетические мембраны расположены в цитоплазме. Существует три основных типа фотосинтетических систем: у растений и цианобактерий — система II, у зелёных бактерий — систем I, у пурпурных бактерий — обе системы.

¶Экологическая роль

Автотрофы выполняют в экосистемах функцию продуцентов:

• образуют первичную биомассу, которая служит пищей для гетеротрофов (консументов);
• участвуют в круговороте углерода, азота, серы и других элементов;
• выделяют кислород в атмосферу (фотоавтотрофы) или потребляют его в ходе хемосинтеза;
• формируют основу пищевых цепей и биогеохимических циклов.

Глобальная первичная продукция суши и океана оценивается примерно в 100–115 млрд тонн органического вещества в год, и почти всё это вещество создаётся автотрофами.

¶Автотрофы и гетеротрофы

Гетеротрофы не способны синтезировать органику из неорганических соединений и получают её, потребляя готовые органические вещества. К ним относятся животные, грибы, большинство бактерий и протистов. Между автотрофами и гетеротрофами существует тесная связь: гетеротрофы разрушают органику, выделяя CO₂ и минеральные соли, которые снова используются автотрофами. Этот обмен лежит в основе замкнутого круговорота веществ в биосфере.

Существуют также смешанные формы питания — миксотрофы (например, эвгленовые водоросли), способные в зависимости от условий переходить от автотрофного к гетеротрофному питанию и обратно.

¶Значение для человека

Автотрофы имеют практическое значение:

• сельскохозяйственные растения — источник пищи, кормов, волокна, лекарственных средств;
• водоросли и цианобактерии используются в биотехнологиях для получения биодизеля, биогаза, пищевых добавок;
• хемолитотрофные бактерии применяются в биогидрометаллургии — извлечении металлов из руд;
• изучение автотрофов важно для понимания ранних этапов эволюции жизни и поиска жизни на других планетах.

¶Примечания

Автотрофия считается более древним типом питания, чем гетеротрофия: первые организмы на Земле, вероятно, были хемоавтотрофами, а появление кислородного фотосинтеза около 2,4–2,7 млрд лет назад привело к Великому кислородному событию и коренной перестройке биосферы.