AUTOTROFNÍ VÝŽIVA: CHARAKTERISTIKA, STADIA, TYPY, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Autotrofní výživa je proces, který se vyskytuje v autotrofních organismů, kde, z anorganické látky, potřebné sloučeniny se vyrábějí pro údržbu a rozvoj těchto živých bytostí. V tomto případě energie pochází ze slunečního záření nebo některých chemických sloučenin.

Například rostliny a řasy jsou autotrofní organismy, protože produkují vlastní energii; nemusí se živit jinými živými bytostmi. Na rozdíl od toho, býložravá, všemocná nebo masožravá zvířata jsou heterotrofy.

Autotrofní výživa. Zdroj: pixabay.com

S ohledem na typ zdroje použitého ve výživovém postupu existují fotoautotropní a chemoautotrofní organismy. První získávají energii ze slunečního záření a jsou zastoupeny rostlinami, řasami a některými fotosyntetickými bakteriemi.

Na druhé straně chemoautotrofy používají různé redukované anorganické sloučeniny, jako je molekulární vodík, k provádění postupů, které jim umožňují získat jejich živiny. Tato skupina je tvořena bakteriemi.

vlastnosti

- přeměna energie

První princip termodynamiky říká, že energie není zničena ani vytvořena. Podstupuje transformace v jiných typech energie, které se liší od původního zdroje. V tomto smyslu je v autotrofní výživě chemická a sluneční energie přeměněna na různé vedlejší produkty, jako je glukóza.

- Přenos energie

Autotrofní výživa je typická pro autotrofní bytosti, které tvoří základ všech potravinových řetězců. V tomto smyslu je energie přenášena z autotrofů na primární spotřebitele, kteří je konzumují, a poté na masožravce, kteří požívají primární.

Rostlina jako autotrofní nebo produkční organismus je tedy hlavní potravou jelena (primární spotřebitel) a horského lva (sekundární spotřebitel), loví a spotřebovává jelena. Když lev umírá, mikroorganismy a bakterie působí na rozloženou hmotu a energie se znovu vrací na Zemi.

V hydrotermálních průduchech jsou autotrofní bakterie produkujícím organismem potravinářské sítě. Mušle a hlemýždi jsou primární spotřebitelé, kteří se živí bakteriemi. Chobotnice zase zahrnuje tyto měkkýše ve své stravě.

- Specializované struktury a látky

Chloroplasty

Chloroplast

Chloroplasty jsou oválné organely, které se nacházejí v buňkách rostlin a řas. Jsou obklopeny membránami a uvnitř nich probíhá proces fotosyntézy.

Dvě membránové tkáně, které je obklopují, mají souvislou strukturu, která je vymezuje. Vnější vrstva je propustná kvůli přítomnosti porinů. Pokud jde o vnitřní membránu, obsahuje proteiny, které jsou zodpovědné za transport látek.

Uvnitř má dutinu, známou jako stroma. Existují ribozomy, lipidy, škrobové granule a cirkulární dvouřetězcová DNA. Kromě toho mají vakciny zvané thylakoidy, jejichž membrány obsahují fotosyntetické pigmenty, lipidy, enzymy a proteiny.

Fotosyntetické pigmenty

Tyto pigmenty absorbují energii ze slunečního záření, které má být zpracováno fotosyntetickým systémem.

Chlorofyl

Chlorofyl

Chlorofyl je zelený pigment, který je tvořen kruhem chromoproteinu zvaného porfyrin. Elektrony kolem něj volně migrují a způsobují, že prsten má potenciál získat nebo ztratit elektrony.

Z tohoto důvodu má potenciál poskytovat elektrony, které jsou pod napětím pro jiné molekuly. Sluneční energie je tak zachycena a přenášena do jiných fotosyntetických struktur.

Existuje několik typů chlorofylu. Chlorofyl je v rostlinách a řasách. Typ b se nachází v rostlinách a zelených řasách. Na druhé straně je chlorofyl c přítomen v dinoflagelátech a typ d je vlastněn sinicemi.

Karotenoidy

Stejně jako jiné fotosyntetické pigmenty zachycují karotenoidy světelnou energii. Kromě toho však přispívají k rozptylu přebytečného absorbovaného záření.

Karotenoidy postrádají schopnost přímo použít světelnou energii pro fotosyntézu. Tyto přenášejí absorbovanou energii na chlorofyl, a proto jsou považovány za pomocné pigmenty.

Extrémní prostředí

Tardigrades, kmen známý pro svou schopnost přežít ve velmi drsném prostředí. Zdroj: Willow Gabriel, Goldstein Lab, prostřednictvím Wikimedia Commons

Mnoho chemoautotrofů, včetně nitrifikačních bakterií, je distribuováno v jezerech, mořích a na zemi. Někteří však mají tendenci žít v neobvyklých ekosystémech, kde existují chemikálie nezbytné k oxidaci.

Například bakterie, které žijí v aktivních sopkách, oxidují síru, aby vytvořily své jídlo. Také v národním parku Yellowstone ve Spojených státech jsou bakterie, které se nacházejí v horkých pramenech. Někteří také žijí hluboko v oceánu, poblíž hydrotermálních průduchů.

V této oblasti voda prosakuje štěrbinou v horkých skalách. To způsobuje, že se do mořské vody začleňují různé minerály, mezi nimiž je sirovodík, který bakterie používají pro chemosyntézu.

Fáze autotrofní výživy

Obecně se autotrofní výživa vyvíjí ve třech fázích. Tyto jsou:

Membránový průchod a zachycení energie

V tomto procesu redukované anorganické molekuly, jako je amoniak, a jednoduché anorganické molekuly, jako jsou soli, voda a oxid uhličitý, prochází polopropustnou buněčnou membránou, aniž by buňce způsobily jakékoli energetické výdaje.

Na druhou stranu u fotoautotrofních organismů je zachycena světelná energie, což je zdroj používaný k provádění fotosyntetického procesu.

Metabolismus

Během autotrofní výživy dochází v buněčné cytoplazmě k řadě chemických reakcí. V důsledku těchto procesů se získá biochemická energie, kterou bude buňka využívat k plnění svých životně důležitých funkcí.

Vylučování

Tato konečná fáze spočívá v eliminaci všech odpadních produktů, které pocházejí z nutričního metabolismu, prostřednictvím polopropustné buněčné membrány.

Typy

S ohledem na druh použitého zdroje energie je autotrofní výživa klasifikována dvěma způsoby: fotoautotropní a chemoautotrofní.

Fotoautotrofy

Fotoautotrofy jsou organismy, které získávají energii k výrobě organických sloučenin ze slunečního záření, což je proces zvaný fotosyntéza. Do této skupiny patří zelené řasy, rostliny a některé fotosyntetické bakterie.

Fotosyntéza probíhá v chloroplastech a má dvě fáze. První je lehký. V tom je disociace molekuly vody, pro kterou je použita světelná energie. Produktem této fáze jsou molekuly ATP a NADPH.

Tato chemická energie se používá ve druhé fázi procesu, známé jako temná fáze. K tomu dochází ve stromě chloroplastů a dostává toto jméno, protože nevyžaduje chemické procesy, které by vyžadovaly světelnou energii.

NADPH a ATP, produkt světelné fáze, se používají k syntéze organických látek, jako je glukóza, za použití oxidu uhličitého, síranů a dusitanů a dusičnanů jako zdroje dusíku.

Chemoautotrofy

Nitrobacter je rod chemotrofních bakterií

Chemoautotrofní organismy, představované bakteriemi, jsou schopny používat jako základ pro respirační metabolismus redukované anorganické sloučeniny.

Stejně jako fotoautotrofy používá tato skupina oxid uhličitý (CO2) jako hlavní zdroj uhlíku, který je stejně asimilován reakcemi Calvinova cyklu. Na rozdíl od těchto však chemoautotrofy nevyužívají sluneční světlo jako zdroj energie.

Energie, kterou potřebují, je produkt oxidace některých redukovaných anorganických sloučenin, jako je molekulární vodík, železo, sirovodík, amoniak a různé redukované formy síry (H2S, S, S2O3-).

V současné době se chemoautotrofy běžně vyskytují v hluboké vodě, kde sluneční světlo je téměř nulové. Mnoho z těchto organismů musí žít kolem sopečných průduchů. Tímto způsobem je prostředí dostatečně teplé, aby metabolický proces probíhal vysokou rychlostí.

Příklady živých věcí s autotrofní výživou

Rostliny

Až na několik výjimek, jako je mucholapka Venuše (Dionaea muscipula), která může enzymatickým působením zachytávat a trávit hmyz, jsou všechny rostliny výhradně autotrofní.

Zelené řasy

Zelené řasy jsou parafyletická skupina řas, které úzce souvisejí s rostlinami. V současné době existuje více než 10 000 různých druhů. Obecně žijí v různých sladkovodních stanovištích, i když je lze nalézt v některých mořích planety.

Tato skupina obsahuje pigmenty, jako je chlorofyl aab, xantofyly, β-karoten a některé rezervní látky, jako je škrob.

Příklady:

- Ulva lactuca, známá jako lamilla, je zelená řasa, která roste v přílivové zóně drtivé většiny oceánů. Má obzvláště dlouhé listy se zkroucenými okraji, které mu dodávají salátový vzhled.

Tento druh patří do skupiny jedlých řas. Kromě toho se používá v kosmetickém průmyslu, při výrobě zvlhčujících produktů.

- Volvox aureus žije ve sladké vodě a tvoří sférické kolonie přibližně 0,5 milimetru. Tyto shluky se skládají z přibližně 300 až 3200 buněk, které jsou propojeny plazmatickými vlákny. Škrob se hromadí v chloroplastech a mají fotosyntetické pigmenty, jako je chlorofyl a, b a ß-karoten.

Cyanobacteria

Cyanobacteria byly dříve známé pod názvem chlorxybacteria, modrozelené řasy a modrozelené řasy. Je to proto, že má chlorofylové pigmenty, které mu dodávají zelený odstín. Mají také morfologii podobnou řasám.

Jedná se o kmen bakterií, složený z jediných prokaryotů se schopností využívat sluneční světlo jako energii a vodu jako zdroj elektronů pro fotosyntézu.

Bakterie železa (

Bakterie Acidithiobacillus ferrooxidans získávají energii ze železného železa. V tomto procesu jsou nerozpustné atomy železa ve vodě převedeny na rozpustnou molekulární formu ve vodě. Toto umožnilo použití tohoto druhu k extrakci železa z některých minerálů, kde nemohly být odstraněny konvenčním způsobem.

Bezbarvé bakterie síry

Tyto bakterie přeměňují sirovodík, produkt rozkladu organické hmoty, na síran. Tuto sloučeninu používají rostliny.

Reference

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Autotrofní výživa. In: Metabolismus, pohyb a kontrola. Obnoveno z odkazu.springer.com.
2. Encyklopedie Britannica (2019). Autotrofní metabolismus. Obnoveno z britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Autotrof. Obnoveno z nationalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Autotrofy. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Manrique, Esteban. (2003). Fotosyntetické pigmenty, něco víc než zachycení světla pro fotosyntézu. Obnoveno z researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Nutriční typy bakterií. Obnoveno z webu sciencing.com.