Гетеротрофный тип питания

Гетеротрофный тип питания — это способ питания, при котором организм использует в качестве источника углерода и энергии готовые органические соединения, созданные другими живыми существами. Термин происходит от греческих слов héteros («другой», «иной») и trophé («питание»). Организмы, обладающие таким типом питания, называются гетеротрофами. Они противопоставляются автотрофам, которые самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды) за счет энергии света или химических реакций.

Общая характеристика

Гетеротрофы не способны к первичному синтезу органики и зависят от продукции автотрофов или других гетеротрофов. В экосистемах они выполняют роль консументов (потребителей) и редуцентов (разрушителей). К гетеротрофам относятся все животные, грибы, большинство бактерий и архей, а также некоторые растения-паразиты и насекомоядные растения, которые сочетают гетеротрофное питание с фотосинтезом (миксотрофия).

Основой гетеротрофного питания является получение органических молекул — углеводов, белков, липидов и нуклеиновых кислот. Эти вещества расщепляются в процессе метаболизма до более простых соединений, из которых организм строит собственные структуры или извлекает энергию в ходе клеточного дыхания и брожения.

Классификация гетеротрофов

По источнику пищи

• Биотрофы — питаются живыми организмами. К ним относятся травоядные (фитофаги), хищники (зоофаги), паразиты и симбионты, получающие питательные вещества от живого хозяина без его немедленной гибели.
• Сапротрофы — потребляют органические остатки мертвых тел или выделения живых организмов. Это редуценты (грибы, бактерии гниения) и детритофаги (дождевые черви, мокрицы, некоторые насекомые).

По способу захвата пищи

• Голозойный тип — захват твердых частиц пищи с последующим перевариванием внутри пищеварительной системы. Характерен для большинства животных.
• Осмотрофный тип — всасывание растворенных органических веществ через клеточную стенку и мембрану всей поверхностью тела. Свойственен грибам, большинству бактерий, некоторым протистам.
• Фагоцитоз и пиноцитоз — поглощение пищевых частиц или жидкости отдельными клетками. Встречается у одноклеточных организмов (амебы, инфузории), а также у фагоцитов многоклеточных животных.

По положению в пищевой цепи

• Консументы первого порядка — растительноядные животные.
• Консументы второго и последующих порядков — плотоядные животные.
• Редуценты — организмы, разлагающие мертвую органику до неорганических соединений.

Механизм пищеварения

У гетеротрофов выделяют несколько стадий обработки пищи: захват, переваривание, всасывание и ассимиляцию. Переваривание может быть:

• Внутриклеточным — расщепление веществ внутри клетки лизосомами (у протистов, губок).
• Внеклеточным — ферменты выделяются в пищеварительную полость или во внешнюю среду, а продукты расщепления всасываются. Характерен для животных с пищеварительным трактом, а также для грибов, выделяющих экзоферменты в субстрат.

У позвоночных животных пищеварительная система дифференцирована на отделы: ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник. В каждом отделе действуют специфические ферменты: амилазы (расщепление углеводов), протеазы (белков), липазы (жиров).

Особенности у разных групп организмов

Животные

Животные — преимущественно голозойные гетеротрофы. Они активно ищут пищу, имеют специализированные органы чувств и локомоторные структуры. По типу питания среди них выделяют всеядных, плотоядных и травоядных. Пищеварительная система может быть замкнутой (у большинства) или незамкнутой (у плоских червей, кишечнополостных). Некоторые животные (например, двустворчатые моллюски) перешли к фильтрации — пассивному отцеживанию органических частиц из воды.

Грибы

Грибы — осмотрофные гетеротрофы. Они не способны к активному захвату пищи и поглощают питательные вещества всей поверхностью мицелия. Грибы выделяют мощные гидролитические ферменты в окружающую среду и всасывают продукты расщепления. По типу питания делятся на сапротрофов, паразитов и симбиотрофов (микоризообразователи, лишайниковые грибы).

Бактерии

Среди бактерий гетеротрофия распространена широко. Гетеротрофные бактерии делятся на сапротрофов (гнилостные бактерии, молочнокислые бактерии) и паразитов (патогенные виды). Некоторые бактерии являются факультативными автотрофами и могут переключаться между типами питания в зависимости от условий среды.

Растения

Большинство растений — автотрофы, однако существуют исключения. Растения-паразиты (повилика, заразиха) утратили хлорофилл и получают органические вещества из тканей растения-хозяина через гаустории. Полупаразиты (омела, погремок) сохраняют способность к фотосинтезу, но дополнительно извлекают воду и минеральные вещества из ксилемы хозяина. Насекомоядные растения (росянка, венерина мухоловка) компенсируют недостаток азота на бедных почвах, переваривая пойманных насекомых, но основным источником энергии для них остается фотосинтез.

Значение в природе

Гетеротрофный тип питания играет ключевую роль в круговороте веществ и энергии в биосфере. Гетеротрофы:

• обеспечивают передачу энергии по пищевым цепям от продуцентов к консументам;
• участвуют в разложении органических остатков, возвращая в почву и атмосферу неорганические соединения (углекислый газ, воду, минеральные соли);
• регулируют численность популяций в экосистемах;
• участвуют в почвообразовании и формировании гумуса.

Без гетеротрофов экосистемы были бы переполнены мертвой органикой, а запасы биогенных элементов оказались бы заблокированными в неразложившихся остатках.

Гетеротрофия и эволюция

Считается, что первые живые организмы на Земле были гетеротрофами, использующими абиогенно синтезированные органические соединения («первичный бульон»). С истощением запасов готовой органики эволюционное преимущество получили автотрофы, способные синтезировать органику из неорганических веществ. Гетеротрофия сохранилась как фундаментальный способ существования для огромного числа видов, а у многих организмов сложились симбиотические комплексы, объединяющие автотрофов и гетеротрофов (например, лишайники, коралловые полипы с зооксантеллами).

Примеры гетеротрофных организмов

• Животные: человек, крупный рогатый скот, волк, дождевой червь, медоносная пчела.
• Грибы: белый гриб (симбиотроф), дрожжи (сапротрофы), трутовик (паразит).
• Бактерии: кишечная палочка (симбионт), клубеньковые бактерии (симбиотрофы), возбудитель туберкулеза (паразит).
• Растения: повилика европейская (паразит), росянка круглолистная (насекомоядное), петров крест (паразит).