AVTOTROFNA PREHRANA: ZNAČILNOSTI, STOPNJE, VRSTE, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Avtotrofna prehrana je proces, ki se pojavi v avtotrofne organizme, kjer iz anorganskih snovi, ki proizvajajo potrebne sestavine za vzdrževanje in razvoj teh živih bitij. V tem primeru energija prihaja iz sončne svetlobe ali nekaterih kemičnih spojin.

Na primer, rastline in alge so avtotrofni organizmi, saj proizvajajo svojo energijo; ni jim treba hraniti drugih živih bitij. V nasprotju s tem so rastlinojede, vsejedske ali mesojede živali heterotrofi.

Avtotrofna prehrana. Vir: pixabay.com

Ob upoštevanju vrste vira, ki se uporablja v prehranskem postopku, obstajajo fotoavtrotrofični in kemoavtrotrofni organizmi. Prvi pridobivajo svojo energijo iz sončne svetlobe in jo predstavljajo rastline, alge in nekatere fotosintetske bakterije.

Po drugi strani kemoavtrotrofi uporabljajo različne reducirane anorganske spojine, na primer molekularni vodik, za izvajanje postopkov, ki jim omogočajo pridobivanje hranil. To skupino sestavljajo bakterije.

značilnosti

- pretvorba energije

Prvo načelo termodinamike pravi, da energije ne uničujemo in ne ustvarjamo. Izmenjava se v drugih vrstah energije, ki se razlikujejo od prvotnega vira. V tem smislu se pri avtotrofni prehrani kemična in sončna energija pretvorita v različne stranske produkte, kot je glukoza.

- Prenos energije

Avtotrofna prehrana je značilna za avtotrofična bitja, ki so osnova vseh prehranskih verig. V tem smislu se energija prenese iz avtotrofov na primarne porabnike, ki jih porabijo, nato pa na mesojede, ki požrejo primarne.

Tako je rastlina kot avtotrofični ali pridelovalni organizem glavna hrana jelena (primarni potrošnik) in gorskega leva (sekundarni potrošnik), lovi in ​​jedo jelene. Ko lev umre, mikroorganizmi in bakterije delujejo na razgrajeno snov, energija pa se spet vrne v zemljo.

V hidrotermalnih odprtinah so avtotrofne bakterije proizvajalec živilskih mrež. Klapavice in polži so glavni porabniki, ki se prehranjujejo z bakterijami. Hobotnica pa te mehkužce vključuje v svojo prehrano.

- Specializirane strukture in snovi

Kloroplasti

Kloroplast

Kloroplasti so ovalne organele, ki jih najdemo v celicah rastlin in alg. Obdane so z membranami in v njih se odvija proces fotosinteze.

Dve membranski tkivi, ki ju obdajata, imata neprekinjeno strukturo, ki ju razmejuje. Zunanja plast je prepustna, zaradi prisotnosti por. Kar zadeva notranjo membrano, vsebuje beljakovine, ki so odgovorne za transport snovi.

V notranjosti ima votlino, znano kot stroma. Obstajajo ribosomi, lipidi, škrobna zrnca in krožna dvojna veriga DNK. Poleg tega imajo vrečke, imenovane tilakoidi, katerih membrane vsebujejo fotosintetske pigmente, lipide, encime in beljakovine.

Fotosintetični pigmenti

Ti pigmenti absorbirajo energijo sončne svetlobe, ki jo predela fotosintetski sistem.

Klorofil

Klorofil

Klorofil je zeleni pigment, ki ga sestavlja obroč kromoproteina, imenovan porfirin. Okoli nje elektroni prosto migrirajo, zaradi česar ima obroč potencial, da pridobi ali izgubi elektrone.

Zaradi tega ima potencial za zagotavljanje elektronov, ki se napajajo z drugimi molekulami. Tako se sončna energija zajame in prenese na druge fotosintetske strukture.

Obstaja več vrst klorofila. Klorofil a je v rastlinah in algah. Tip b najdemo v rastlinah in zelenih algah. Po drugi strani je klorofil c prisoten v dinoflagelatih in tipa d, ki jih imajo cianobakterije.

Karotenoidi

Tako kot drugi fotosintetski pigmenti tudi karotenoidi ujamejo svetlobo. Vendar poleg tega prispevajo k razpršitvi presežka absorbiranega sevanja.

Karotenoidi nimajo sposobnosti neposredne porabe svetlobne energije za fotosintezo. Te prenesejo absorbirano energijo v klorofil, zato veljajo za dodatne pigmente.

Ekstremna okolja

Tardigrades, Phylum, znan po svoji sposobnosti preživetja v zelo grobih okoljih. Vir: Willow Gabriel, Goldstein Lab, prek Wikimedia Commons

Številni kemoavtrotrofi, vključno z nitrificirajočimi bakterijami, so razporejeni v jezerih, morjih in na tleh. Nekateri drugi pa živijo v nenavadnih ekosistemih, kjer obstajajo kemikalije, potrebne za oksidacijo.

Na primer, bakterije, ki živijo v aktivnih vulkanih, oksidirajo žveplo, da dobijo svojo hrano. Tudi v nacionalnem parku Yellowstone v ZDA živijo bakterije, ki se nahajajo v vročih izvirih. Tudi nekateri živijo globoko v oceanu, v bližini hidrotermalnih zračnikov.

V tem območju voda ponikne skozi vrzel v vročih skalah. Zaradi tega se v morsko vodo vključijo različni minerali, med njimi je vodikov sulfid, ki ga bakterije uporabljajo za kemosintezo.

Stopnje avtotrofne prehrane

Na splošno se avtotrofna prehrana razvija v treh fazah. To so:

Prehod membrane in zajem energije

Pri tem procesu zmanjšane anorganske molekule, kot je amoniak, in enostavne anorganske molekule, kot so soli, voda in ogljikov dioksid, preidejo skozi polprepustno celično membrano, ne da bi celici povzročili kakršne koli porabe energije.

Po drugi strani se v fotoavtrotrofnih organizmih zajame svetlobna energija, ki je vir, ki se uporablja za izvajanje procesa fotosinteze.

Presnova

Med avtotrofno prehrano se v celični citoplazmi pojavi niz kemičnih reakcij. Kot rezultat teh procesov dobimo biokemično energijo, ki jo bo celica uporabila za izvajanje svojih vitalnih funkcij.

Izločanje

Ta zadnja faza je sestavljena iz izločanja skozi polprepustno celično membrano vseh odpadnih produktov, ki prihajajo iz prehranske presnove.

Vrste

Glede na vrsto uporabljenega vira energije se avtotrofna prehrana razvrsti na dva načina, fotoavtrotrofno in kemoavtrotrofno.

Fotoavtrofi

Fotoavtrofi so organizmi, ki pridobivajo energijo za proizvodnjo organskih spojin iz sončne svetlobe, proces, imenovan fotosinteza. V to skupino spadajo zelene alge, rastline in nekatere fotosintetske bakterije.

Fotosinteza se pojavlja v kloroplastih in ima dve fazi. Prva je lahka. Pri tem pride do disociacije molekule vode, za kar se uporablja svetlobna energija. Produkt te faze sta molekuli ATP in NADPH.

Ta kemijska energija se uporablja v drugi fazi postopka, znani kot temna faza. To se pojavlja v stromi kloroplastov in dobi to ime, ker za kemične procese ne potrebuje svetlobne energije.

NADPH in ATP, produkt svetlobne faze, se uporabljata za sintezo organskih snovi, kot je glukoza, z uporabo ogljikovega dioksida, sulfatov in nitritov ter nitratov kot vira dušika.

Kemoavtrotrofi

Nitrobacter je rod hemotrofnih bakterij

Kemoavtrotrofni organizmi, ki jih predstavljajo bakterije, lahko uporabijo reducirane anorganske spojine kot osnovo za presnovo dihanja.

Enako kot fotoavtrotrofi tudi ta skupina uporablja ogljikov dioksid (CO2) kot glavni vir ogljika, ki se na enak način asimilira z reakcijami iz ciklusa Calvin. Vendar za razliko od teh kemoavtrofi ne uporabljajo sončne svetlobe kot vira energije.

Energija, ki jo potrebujejo, je produkt oksidacije nekaterih reduciranih anorganskih spojin, kot so molekularni vodik, železovo železo, vodikov sulfid, amonijak in različne reducirane oblike žvepla (H2S, S, S2O3-).

Trenutno kemoavtrotrofi pogosto najdemo v globoki vodi, kjer je sončna svetloba skoraj nič. Mnogi od teh organizmov morajo živeti okoli vulkanskih zračnikov. Na ta način je okolje dovolj toplo, da se lahko presnovni proces odvija hitro.

Primeri živih stvari z avtotrofno prehrano

Rastline

Z nekaj izjemami, kot je na primer venerova muha (Dionaea muscipula), ki lahko ujame žuželke in jih prebavi z encimskim delovanjem, so vse rastline izključno avtotrofne.

Zelene alge

Zelene alge so parafilitska skupina alg, ki so tesno povezane s kopenskimi rastlinami. Trenutno obstaja več kot 10.000 različnih vrst. Na splošno živijo v različnih sladkovodnih habitatih, čeprav jih je mogoče najti v nekaterih morjih na planetu.

V tej skupini so pigmenti, kot so klorofil a in b, ksantofili, β-karoten in nekatere rezervne snovi, na primer škrob.

Primeri:

- Ulva lactuca, znana kot lamilla, je zelena alga, ki raste v intertidalnem območju velike večine oceanov. Ima posebej dolge liste, z zavihanimi robovi, ki ji dajejo solatni videz.

Ta vrsta spada v skupino užitnih alg. Poleg tega se uporablja v kozmetični industriji, pri proizvodnji vlažilnih izdelkov.

- Volvox aureus živi v sladki vodi in tvori sferične kolonije približno 0,5 milimetra. Ti grozdi so sestavljeni iz okoli 300 do 3200 celic, ki jih med seboj povezujejo plazemska vlakna. Škrob se nabira v kloroplastih in imajo fotosintetske pigmente, kot so klorofil a, b in ß-karoten.

Cianobakterije

Cianobakterije so bile prej znane po imenih kloroksibakterij, modro-zelenih alg in modro-zelenih alg. To je zato, ker ima klorofilne pigmente, ki ji dajejo zeleni odtenek. Prav tako imajo morfologijo, podobno algam.

Gre za bakterijo, ki jo sestavljajo edini prokarioti z zmožnostjo uporabe sončne svetlobe kot energije in vode kot vira elektronov za fotosintezo.

Železove bakterije (

Ferrooksidani bakterije Acidithiobacillus pridobivajo energijo iz železovega železa. Pri tem se v vodi netopni atomi železa v vodi pretvorijo v topno molekularno obliko. To je omogočilo uporabo te vrste za pridobivanje železa iz nekaterih mineralov, kjer jih ni bilo mogoče odstraniti na običajen način.

Brezbarvne bakterije žvepla

Te bakterije pretvorijo vodikov sulfid, produkt razgradnje organske snovi, v sulfat. To spojino uporabljajo rastline.

Reference

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Avtotrofna prehrana. V: Presnova, gibanje in nadzor. Obnovljeno s povezave.springer.com.
2. Enciklopedija Britannica (2019). Avtotrofična presnova. Pridobljeno od britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Avtotrof. Pridobljeno z nacionalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Avtotrofi. Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Manrique, Esteban. (2003). Fotosintetski pigmenti, nekaj več kot zajemanje svetlobe za fotosintezo. Pridobljeno iz researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Prehrambene vrste bakterij. Pridobljeno z sciaching.com.