Питание бактерий

Описание автотрофов

Автотрофы — организмы, которые синтезируют из неорганических соединений органические. Другими словами, они получают необходимые питательные компоненты из окружающей среды. А также у них имеются следующие особенности:

Они поглощают солнечную энергию.
Способны выделять кислород на свету.
Потребляют углекислый газ.

Организмы, являющиеся представителями этой группы, играют важную роль в природе.

Они выполняют функцию первичных продуцентов — гетеротрофы используют синтезируемые ими органические компоненты для поддержания своей жизнедеятельности.

Нельзя недооценивать значение автотрофов в экосистеме и пищевой цепочке мира.

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофные организмы еще называют фотосинтезирующими микроорганизмами. Световая энергия, которую поглощают фототрофы, помогает биосинтезу клеточных компонентов и энергозависимым процессам, обеспечивающим рост бактерий.

Фототрофы представлены:

Зелеными и пурпурными бактериями;
Гелиобактериями;
Цианобактериями;
Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Самыми древними фотосинтезирующими автотрофами являются зеленые и пурпурные бактерии. Именно с них начались исследования фототрофной группы. По организации своей группы они похожи с сине-зелеными водорослями. Они получили название сине-зеленых бактерий, или цианобактерий, так как они являются прокариотами. Но по фотосинтезирующей форме, составу хлорофиллов и пигментам зеленые и пурпурные серобактерии сильно отличаются от других фототрофов. Фотосинтез происходит в хлоропластах — специальных зеленых пластидах, расположенных в клетках. Хлоропласты содержат в себе хлорофилл, являющийся пигментом, окрашивающим части автотрофов в зеленый оттенок. Процесс происходит только при наличии воды и углекислого газа, выделяющегося из живых организмов при дыхании. Большая часть фототрофов выделяет кислород, который жизненно необходим объектам живой природы.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр;
Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую;
Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

По способу питания хемосинтезирующих бактерий относят к

1)автотрофам 2)симбионтам 3)сапротрофам 4)фототрофам

Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии окисления сероводорода до серной кислоты, относят к

1)сапротрофам 2)фототрофам 3)гетеротрофам 4)хемотрофам

К организмам с автотрофным типом питания относят

1)высшие растения 2)животных 3)грибы 4)болезнетворные бактерии

Плесневые грибы по способу питания относят к

1)гетеротрофам 2)хемотрофам 3)симбионтам 4)паразитам

22. Установите соответствие между группой организмов и процессом превращения веществ, который для неё характерен.

ГРУППА ОРГАНИЗМОВ

А)папоротникообразные Б)железобактерии В)бурые водоросли

Г)цианобактерии Д)зеленые водоросли Е)нитрифицирующие бактерии

ПРОЦЕСС

1)фотосинтез 2)Хемосинтез

Свободный азот из атмосферы способны усваивать

1)травянистые растения 2)микроорганизмы почвы

3)шляпочные грибы 4)почвенные животные

Бактерии гниения по типу питания относят к

1)хемосинтетикам 2)фотосинтетикам 3)сапротрофам 4)Симбионтам

Нитрифицирующие бактерии относят к

1)хемотрофам 2)фототрофам 3)сапротрофам 4)гетеротрофам

Готовыми органическими веществами питаются организмы

1)автотрофы 2)гетеротрофы 3)хемотрофы 4)фототрофы

27.Какие организмы используют энергию окисления неорганических веществ для синтеза органических соединений?

1)гетеротрофы 2)симбионты 3)хемотрофы 4)сапротрофы

К автотрофам относятся

1)растения-паразиты 2)плесневые грибы 3)кровососущие насекомые 4)бурые водоросли

К эукариотам, которым свойствен гетеротрофный способ питания, относят

1)растения 2)бактерии 3)грибы 4)бактериофагов

30. Какой способ питания характерен для молочнокислых бактерий?

1)автотрофный 2)гетеротрофный 3)фототрофный 4)хемотрофный

Гетеротрофы: общая характеристика

Гетеротрофы — это те организмы, которые используют органические источники питания. Они не могут создавать органические вещества из неорганических, как это делают в процессе фото- или хемосинтеза автотрофы (зеленые растения и некоторые прокариоты). Именно поэтому выживание описываемых организмов зависит от активности автотрофов.

Следует отметить, что гетеротрофы — это человек, животные, грибы, а также часть растений и микроорганизмов, которые неспособны к фото- или хемосинтезу. Надо сказать, что существует определенный вид бактерий, которые используют энергию света для образования собственных органических веществ. Это фотогетеротрофы.

Гетеротрофы получают пищу различными способами. Но все они сводятся к основным трем процессам (переваривание, всасывание и ассимиляция), при которых сложные молекулярные комплексы расщепляются до более простых и поглощаются тканями с последующим использованием на нужды организма.

Чем питаются грибы

Грибы – гетеротрофы, что в корне отличает их от растительного мира. Рацион разнообразен. Используются два источника питания:

органические вещества;
минералы.

Минеральные элементы усваиваются главным образом из влаги, органика – из других живых или мертвых существ.

Питание грибов: особенности и способы

Примеры:

растительные останки;
трупы животных;
гниющие корни;
лесная подстилка.

Грибы играют важную роль в переработке умерших растений, так как они легко разрушают целлюлозную оболочку.

Особенности питания грибов

Питание имеет следующие характеристики:

неспособность перерабатывать крупную пищу;
наружное пищеварение;
основной источник энергии – углерод;
основной способ – всасывание веществ.

Грибы не в состоянии обрабатывать крупные частицы пищи. Характерная особенность – наружное пищеварение. Организмы выделяют специальные ферменты, которые расщепляют сложные органические вещества посредством гидролиза.

Углерод – не только источник энергии, но также составная часть клеточного строения. Приблизительно 50% всего перерабатываемого сахара входит в структуру организма.

Организмы питаются всем телом, будь то отдельный организм или грибница. Вещества в окружающей среде всасываются и перерабатываются. Итог жизнедеятельности – образование гумуса, плодородного слоя почвы.

Типы питания живых организмов

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности.
Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное, и три группы организмов по типу питания: автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы.

Классификация живых организмов по типам питания

Тип	Характеристика	Организмы
Автотрофы	Организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ. Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей	Растения и некоторые бактерии
Гетеротрофы	Организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения	Животные, грибы и большинство бактерий
Миксотрофы	Организмы со смешанным типом питания, которые могут в зависимости от условий обитания как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями	Насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.

В зависимости от источника энергии автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.

Классификация автотрофов в зависимости от источника энергии

Тип	Характеристика	Организмы
Фототрофы	Организмы, использующие для биосинтеза световую энергию	Растения, цианобактерии
Хемотрофы	Организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений	Хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.

По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов.

Классификация гетеротрофов по способу получения пищи

Тип	Характеристика	Организмы
Фаготрофы (голозои)	Заглатывают твёрдые куски пищи	Животные
Осмотрофы	Поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки	Грибы, большинство бактерий

По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов.

Классификация гетеротрофов по состоянию источника пищи

Тип	Характеристика	Примеры
Биотрофы:	Питаются живыми организмами
фитофаги	Питаются растениями	Зебры, зайцы
зоофаги	Питаются животными	Львы, волки
в том числе паразиты		Бычий цепень, повилика, трутовик, вирус гриппа
Сапротрофы:	Используют в качестве пищи органические вещества мёртвых тел или выделения (экскременты) животных
сапротрофные бактерии		Целлюлозоразрущающие, молочнокислые, уксуснокислые бактерии
сапротрофные грибы		Мукор, пеницилл
сапротрофные животные (сапрофаги):
детритофаги	Питаются детритом	Дождевой червь
некрофаги	Питаются трупами животных	Гриф-стервятник, гиены
копрофаги	Питаются экскрементами	Жук-навозник

Гетеротрофы — растения

Некоторые растения также относятся к гетеротрофам. Это в основном те, которые ведут паразитический образ жизни, потребляя органические вещества других растений. К таким растительным видам относятся, например, петров крест, повилика, раффлезия и многие другие. Все они окрашены в самые разнообразные цвета, кроме зеленого, поскольку не обладают необходимым для фотосинтеза хлорофиллом. Некоторые другие растения-паразиты, имеющие хлорофилл и окрашенные в зеленый цвет, не являются гетеротрофами, поскольку получают от других растений не органические вещества, а воду и минеральные вещества, органические же синтезируют сами.

Понятие симбиоза

Термин «симбиоз» введен ученым де Бари, который отметил, что существуют ассоциации или тесные взаимосвязи между организмами разных видов.

Так, существуют такие бактерии-гетеротрофы, которые живут в пищеварительном канале травоядных жуйных животных. Они способны переваривать целлюлозу, питаясь ею. Эти микроорганизмы могут выживать в анаэробных условиях органов пищеварения и расщеплять целлюлозу до более простых соединений, которые животные-хозяева способны самостоятельно переварить и усвоить. Еще одним примером подобного симбиоза можно назвать растения и корневые клубеньки бактерий рода Rhizobium.

Если говорить о сосуществовании различных организмов, следует упомянуть такое явление, как паразитизм. При нем один из них (паразит) получает выгоду от подобного сосуществования, другой же при этом — только вред (хозяин). Так, паразит в данном случае добывает у того, на ком живет, не только питательные вещества, но и приобретает на нем убежище.

Паразиты, живущие на наружных поверхностях хозяина, называются эктопаразитами (блохи, клещи или пиявки). Они ведут не только паразитический образ жизни. Внутренние же являются облигатными. Они характеризуются лишь паразитическим существованием (это, например, свиной цепень, плазмодии или печеночная двуустка).

Если подытожить, то можно утверждать, что гетеротрофы — это чрезвычайно широкая группа живых существ, которые не только взаимодействуют между собой, но и способны влиять на другие организмы.

Примеры детритофагов

Дождевые черви – детритофаги, которые делают почву плодородной

Земляные, или дождевые черви – одни из самых многочисленных и распространенных детритофагов в природе. Они поедают отмершее органическое вещество и фекалии животных вместе с окружающей почвой. Переваривая пищу, они не только помогают уменьшить количество отходов на земле, но и делают почву более плодородной.

Дождевые черви несут пользу многим живым организмам. Некоторые садоводы намеренно заводят червей, чтобы улучшить качество почвы для роста растений. После того, как дождевые черви расщепляют органическое вещество, растения получают больше необходимых им питательных веществ из почвы.

Навозные мухи помогают сделать почву плодородной, переваривая фекалии

Еще одним детритофагом, которого приветствуют огородники, является навозная муха, питающаяся экскрементами. Навозные мухи будут непрерывно питаться кучей фекалий, пока она полностью не иссякнет. Пищеварительная система этих насекомых также производит вещества, которые улучшают качество почвы. Растения обычно крупнее и здоровее, когда они выращиваются в улучшенной навозными мухами почве.

Мокрицы играют важную роль в процессе компостирования

Последний пример, который мы рассмотрим — это мокрицы. Они способны производить вещество, которое покупают многие садоводы, а другие создают правильные условия для его производства. Это вещество – компост. Компост – это органическое удобрение, которое получается в процессе разложения детритофагами и редуцентами органического материала животного или растительного происхождения.

Способы питания

Фактор питания и возникающие в результате пищевые (трофические) отношения оказывают большое влияние на структуру экосистем. Для того чтобы автотрофные организмы могли самостоятельно питаться, они нуждаются в воде (H2O), солнечной энергии, минеральных солях, неорганических веществах (таких, как углекислый газ — CO2), и химических реакциях, из которых они получают глюкозу, фруктозу, кислород, хлорофилл и другие вещества, необходимые для их питания.

Значение автотрофных организмов зависит от их способности производить свою собственную пищу, поэтому они не нуждаются в других организмах для питания, включая гетеротрофные организмы (животных или людей).

Когда речь идет об автотрофном питании, установлено, что оно состоит из трех основных фаз:

Проход мембраны. Это фаза, в которой простые неорганические молекулы (вода, углекислый газ и соли), проходят через клеточную мембрану.
Метаболизм. Эта вторая фаза происходит в зоне клеточной цитоплазмы. Это приводит как к изготовлению собственного клеточного вещества, так и к получению полезной биохимической энергии. В частности, эта фаза автотрофного питания, в свою очередь, делится на три фазы: фотосинтез; анаболизм, известный как фаза строительства; и катаболизм, называемый фазой разрушения.
Выделение. На последнем этапе процесс питания заканчивается. Его суть состоит в том, что происходит удаление отходов предыдущего процесса — обмена веществ. Это делается с помощью клеточной мембраны.

Типы автотрофов

Автотрофы способны производить свою собственную пищу путем фотосинтеза или хемосинтеза. Таким образом, их можно разделить на две большие группы:

фотоавтотрофы;
хемоавтотрофы.

Фотосинтез и хемосинтез — это процессы, посредством которых организмы производят пищу.

Фотосинтез — это образование углеводов из двуокиси углерода и источника водорода (например, воды) в клетках, содержащих хлорофилл (как у зеленых растений), подвергающихся воздействию света. Большинство автотрофов производят пищу путем фотосинтеза, но это не единственный способ, которым автотрофы производят пищу.

В процессе хемосинтеза одна или несколько молекул углерода (обычно двуокись углерода (CO2) или метан (СН4)) и питательные вещества преобразуются в органическое вещество, используя окисление неорганических молекул (таких, как газообразный водород, сероводород (H2S) или аммиак (NH3)), или метан в качестве источника энергии, а не солнечный свет. При хемосинтезе сероводорода в присутствии двуокиси углерода и кислорода могут быть получены углеводы (CH2O):

Многие организмы, использующие хемосинтез, являются экстремофилами, живущими в суровых условиях, таких как отсутствие солнечного света и широкий диапазон температур воды, некоторые из которых приближаются к точке кипения.

Фотосинтез происходит в растениях и некоторых бактериях — везде, где достаточно солнечного света: на суше, на мелководье, даже внутри и под прозрачным льдом. Все фотосинтезирующие организмы используют солнечную энергию для превращения углекислого газа и воды в сахар и кислород.Хемосинтез используется там, где нет света для поддержки фотосинтеза морскими водорослями или растениями, поэтому бактериоподобные организмы превращают химическую энергию из вентиляционных отверстий в полезную энергию.Экосистемы вентиляционных отверстий зависят от микробов, которые используют химическую энергию, содержащуюся в минералах из воды горячего источника. Сера в форме сероводорода — это молекула, богатая энергией. Бактерии, использующие сероводород в качестве источника энергии, важны для большинства пищевыхцепочек.

Автотрофы – первые в цепочке

Слово «автотроф» имеет греческое происхождение и состоит из двух корней – «авто» – сам, и «трофи» – питание. Автотрофами называют организмы, способные потреблять неорганические вещества из окружающей среды и, используя их, синтезировать сложные органические соединения.

Автотрофы расположены на первой ступеньке пищевой цепи. Они являются источником того органического вещества, из которого состоит все живое на Земле. К автотрофам причисляют растения, водоросли и некоторые бактерии. Энергию, необходимую для синтеза органики, автотрофы получают либо от Солнца (процесс фотосинтеза), либо от химических реакций.

Фотоавтотрофы

Фотоавтотрофы — это организмы, которые получают энергию для создания органических соединений из солнечного света. Этот процесс называется фотосинтезом. К этой группе относятся зеленые водоросли, растения и некоторые фотосинтезирующие бактерии.

Фотосинтез происходит в хлоропластах и имеет две фазы. Первый — легкий. При этом происходит диссоциация молекулы воды, для чего используется световая энергия. Продуктом этой фазы являются молекулы АТФ и НАДФН.

Эта химическая энергия используется на второй стадии процесса, известной как темная фаза. Это происходит в строме хлоропластов и получило такое название, потому что для протекания химических процессов не требуется световая энергия.

НАДФН и АТФ, продукты легкой фазы, используются для синтеза органических веществ, таких как глюкоза, с использованием диоксида углерода, сульфатов, нитритов и нитратов в качестве источника азота.

§ 23. Питание клетки

1. Какие способы питания вам известны?

Ответ. 1. Питание — процесс поглощения веществ из окружающей среды, их преобразование в организме и создание из них усваиваемых организмом веществ, специфических для каждого конкретного организма.

Создание органических веществ из неорганических происходит при автотрофном способе питания. Использование готовых органических веществ — при гетеротрофном способе питания. Автотрофный способ характерен для зеленых растений и некоторых видов бактерий, а гетеротрофный — для всех других организмов.

Организмы сочетающие оба способа питания (зеленая эвглена, хламидомонада) обладают микотрофным питанием.

2. Приведите примеры фототрофов.

Ответ. Фототрофы осуществляют образование органических веществ в процессе фотосинтеза (зеленые растения, цианобактерии, серобактерии)

3. Как питаются гетеротрофы?

Ответ. Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами сапрофиты, паразиты, симбиотические организмы.

Вопросы после §23

1. Какие организмы являются гетеротрофами?

Ответ. Гетеротрофы не могут сами синтезировать весь набор необходимых им для жизнедеятельности органических веществ. Поэтому они поглощают нужные им соединения из окружающей среды. Затем они строят из полученных органических веществ собственные белки, липиды, углеводы. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии. Кроме того, клетки растений, неспособные к фотосинтезу (например, клетки корня), также питаются гетеротрофно, поскольку получают органические вещества из других органов зелёного растения.

Существуют также организмы, способные использовать оба способа питания. Это, например, эвглена зелёная, которую ботаники относят к одноклеточным зелёным водорослям, а зоологи – к жгутиковым простейшим. И те и другие правы, поскольку на свету этот организм – фототроф, а в темноте – гетеротроф. Некоторые растения, например венерина мухоловка или росянка, способны пополнять нехватку азота ловлей и перевариванием насекомых, другие растения частично перешли к паразитическому образу жизни и, помимо фотосинтеза, могут получать органические вещества из организма хозяина при помощи особых видоизменений корней (омела, петров крест, повилика).

Полученные авто– или гетеротрофным путем органические вещества не могут непосредственно обеспечивать энергией процессы, происходящие в клетке. За счёт энергии химических связей этих веществ сначала обязательно синтезируется универсальный для всех живых существ источник энергии – АТФ

2. Какие организмы на Земле практически не зависят от энергии солнечного света?

Ответ. Хемосинтезирующие организмы (например, серобактерии) могут жить в океанах на огромной глубине, в тех местах, где из разломов земной коры в воду выходит сероводород. Конечно же, кванты света не могут проникнуть в воду на глубину около 3—4 километров (на такой глубине находится большинство рифтовых зон океана). Таким образом, хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.

С другой стороны, аммиак, который используется нитрифицирующими бактериями, выделяется в почву при гниении остатков растений или животных. В этом случае жизнедеятельность хемосинтетиков косвенно зависит от солнечного света, так как аммиак образуется при распаде органических соединений, полученных за счёт энергии Солнца.

Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитратами и нитритами, — форма азота, преимущественно усваиваемая растениями. Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии) используются для очистки сточных вод.

Хемосинтез ( от лат. chemo — «химио» и synthesis «синтез») — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями. Явление хемосинтеза было открыто в 1887 году русским учёным С. Н. Виноградским.

Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована в процессах ассимиляции. Сначала эта энергия переводится в энергию макроэнергетических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

Природа доноров электронов

По природе доноров электронов бактерии делят на:

литотрофы (греч. litos – камень) – бактерии, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества: водород (Н₂), сероводород (Н₂S), аммиак (NH₃), серу (S), углекислый газ(CО₂₎, ионы железа (Fe₂₊) и многие другие;
органотрофы – бактерии, использующие в качестве донора электронов органические соединения (углеводы, аминокислоты).

В зависимости от источника энергии и природы донора электронов возможно четыре основных типа энергетического метаболизма: хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия. Таки образом, бактерии разделяют на:

Гетеротрофы

Гетеротрофы – это организмы, которые не в силах самостоятельно синтезировать себе пищу. Сюда относятся животные и человек, то есть потребители, которые нуждаются во внешних источниках пропитания. Выработка энергии для сохранения жизни и правильного функционирования организма требуют поглощения и переваривания пищи. Без этих процессов гетеротрофы просто не смогли бы существовать.

Гетеротрофов также называют потребителями. Сюда входят травоядные животные (например, крупный рогатый скот, олени, слоны и так далее), плотоядные животные (лев, змеи и акулы, все те, кто питаются другими животными), а также всеядные существа (люди). Гетеротрофами также считаются земляные черви, поедающие остатки мертвых растений и животных, грибы.

Строение и способы питания

К виду сапрофиты или сапротрофы принадлежат грибы, которые в процессе жизнедеятельности формируют множество спор. Они разлетаются на окружающие растения или останки животных, способствуя размножению и расселению грибницы. Примеры растительности, на которых любят оседать организмы:

шишки;
ветки;
пеньки;
стебли однолетних трав;
хвоя и листва;
перья и рога.

Для разных сапрофитов или, как ещё их называют – редуцентов, характерен разный тип субстрата на котором они поселяются и аитаются. Так, для летнего опенка лучшая еда — остатки лиственных деревьев. Опята ложные питаются только хвоей. А вот белый навозник чудесно существует в местах, сильно насыщенных азотом.