Гетеротрофное питание организмов

Гетеротрофное питание — тип питания живых организмов, при котором они используют в качестве источника углерода и энергии готовые органические вещества, созданные другими организмами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Организмы, питающиеся таким способом, называются гетеротрофами. Термин происходит от греческих слов ἕτερος («иной», «другой») и τροφή («пища»). Гетеротрофы противопоставляются автотрофам, которые самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических.

Сущность процесса

В основе гетеротрофного питания лежит потребление, переработка и усвоение готовой органики: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Эти вещества расщепляются в пищеварительных системах или внутри клеток до более простых соединений, которые затем включаются в собственный метаболизм организма. Энергия, заключённая в химических связях органических молекул, высвобождается в процессе клеточного дыхания и запасается в виде АТФ.

В отличие от автотрофов, гетеротрофы не способны фиксировать углекислый газ и синтезировать глюкозу из неорганических предшественников. Они зависят от первичной продукции автотрофных организмов, составляя вместе с ними единые пищевые цепи и сети.

Классификация гетеротрофов

В биологии гетеротрофов принято разделять по нескольким критериям: по источнику пищи, способу её получения и месту переваривания.

По типу потребляемой пищи

• Биотрофы — питаются живыми организмами. К ним относятся травоядные (фитофаги), хищники (зоофаги) и паразиты, потребляющие соки или ткани хозяина.
• Сапротрофы (детритофаги) — используют органические остатки мёртвых тел и выделения животных. Примеры: дождевые черви, жуки-мертвоеды, грибы-сапрофиты, многие бактерии гниения.

По способу питания

• Голозойное питание — захват крупных частиц пищи с последующим их перевариванием внутри пищеварительной системы. Характерно для животных: от простейших (амеба, инфузория) до человека.
• Осмотрофное питание (абсорбтивное) — всасывание растворённых органических веществ через клеточную стенку и мембрану всей поверхностью тела. Свойственно грибам, большинству бактерий и некоторым простейшим.

По месту переваривания

• Внутриклеточное пищеварение — расщепление органики внутри клеток в лизосомах или пищеварительных вакуолях. Встречается у простейших, губок и частично у высших животных.
• Внеклеточное пищеварение — ферменты выделяются наружу, а переваренные продукты всасываются. Характерно для грибов, пауков и многих бактерий.

Особенности у разных групп организмов

Животные

Животные — облигатные гетеротрофы. У большинства из них развита пищеварительная система, обеспечивающая последовательное механическое и химическое расщепление пищи. В зависимости от рациона выделяют растительноядных, плотоядных, всеядных и детритоядных животных. Некоторые животные (например, кораллы, двустворчатые моллюски) вступают в симбиоз с фотосинтезирующими водорослями, сочетая гетеротрофное питание с получением части органики от симбионтов.

Грибы

Грибы являются гетеротрофами с осмотрофным типом питания. Они выделяют в субстрат мощные гидролитические ферменты, расщепляющие сложные полимеры (целлюлозу, лигнин, хитин) до растворимых мономеров, которые затем всасываются гифами. По типу питания грибы делят на сапротрофов, паразитов и симбионтов (микоризообразователей).

Бактерии

Среди бактерий гетеротрофия широко распространена. Гетеротрофные бактерии играют ключевую роль в круговороте веществ, разлагая органические остатки в почве и водоёмах. Многие патогенные бактерии являются паразитами. Часть бактерий — факультативные гетеротрофы, способные переключаться на автотрофное питание при изменении условий среды.

Простейшие

Одноклеточные эукариоты демонстрируют разнообразие способов гетеротрофного питания: фагоцитоз (амебы), пиноцитоз (инфузории), паразитизм (малярийный плазмодий). Некоторые простейшие, например эвглена зелёная, сочетают гетеротрофное питание с фотосинтезом, являясь миксотрофами.

Роль в экосистемах

Гетеротрофы занимают положение консументов и редуцентов в экологических пирамидах. Консументы (животные, паразиты) потребляют органическое вещество, созданное продуцентами, и преобразуют его в биомассу собственных тел. Редуценты (бактерии, грибы) минерализуют органику до неорганических соединений, возвращая в круговорот углерод, азот, фосфор и другие элементы.

Без гетеротрофов экосистемы были бы нежизнеспособны: они обеспечивают поток энергии от автотрофов к высшим трофическим уровням и замыкают биогеохимические циклы. Гетеротрофное питание также лежит в основе пищевых цепей, включая цепи выедания и цепи разложения.

Гетеротрофное питание человека

Человек относится к всеядным гетеротрофам. Его пищеварительная система адаптирована к переработке как растительной, так и животной пищи. Рацион человека должен содержать незаменимые аминокислоты, витамины и жирные кислоты, которые организм не может синтезировать самостоятельно и получает только с пищей. Нарушение гетеротрофного питания (голодание, авитаминозы, несбалансированность рациона) приводит к нарушениям метаболизма и заболеваниям.

Эволюционное значение

Переход к гетеротрофному питанию считается одним из древнейших этапов возникновения жизни. Первые живые организмы, по современным представлениям, использовали готовые органические вещества «первичного бульона» — это была гетеротрофная стратегия. Возникновение автотрофного фотосинтеза у цианобактерий значительно позже позволило гетеротрофам расширить среду обитания и привело к формированию устойчивых биогеоценозов. В ходе эволюции гетеротрофия многократно возникала независимо в разных группах организмов, что свидетельствует о её фундаментальной роли в биологическом круговороте.

Источники

• Биологический энциклопедический словарь / под ред. М. С. Гилярова. — М.: Советская энциклопедия, 1986.
• Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3 т. — М.: Мир, 1990.
• Кэмпбелл Н., Рис Дж. Биология. — М.: Вильямс, 2011.
• Общая биология: учебник для 10–11 классов / под ред. Д. К. Беляева, Г. М. Дымшица. — М.: Просвещение, 2019.