Какие живые организмы называют автотрофными, гетеротрофными

Контрольная работа на тему:

«Какие живые организмы называют автотрофными, гетеротрофными».

1. Автотрофные  организмы 

Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами.  
Автотрофные организмы образуют так называемую первичную продукцию - биомассу органического вещества, которая в дальнейшем утилизируется другими организмами. К автотрофам относятся некоторые бактерии и все без исключения виды зеленых растений.  
Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое «тело» из неорганических соединений. Каскад биохимических реакций, конечным продуктом которых являются белки и другие органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, требует значительных затрат энергии. По способу получения энергии автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.  
Фотоавтотрофные бактерии используют энергию солнечных лучей при синтезе органических веществ из двуокиси углерода по типу фотосинтеза у растений. Важным компонентом уитоплазмы таких микробов являются пигменты: бактериопурпурин, бактериохлорин и др. Основная функция пигментов - поглощение и аккумуляция энергии солнечного света. Наиболее типичными представителями группы фотоавтотрофов являются цианобактерии, пурпурные и зеленые серные бактерии.  
Явление хемосинтеза у бактерий было открыто в 1888 г. выдающимся русским микробиологом С. Н. Виноградским (1856-1953), показавшим, что в клетках нитрофицирующих бактерий одновременно могут протекать процессы окисления аммиака в азотную кислоту и двуокиси углерода в различные органические соединения. Такие микроорганизмы стали называть хемоавтотрофами, т. е. получающими энергию в результате химических реакций. Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Единственным источником углерода для хемоавтотрофов служит углекислый газ. К группе хемоавтотрофов относятся бесцветные серные бактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др. Все автотрофные микроорганизмы являются свободноживущими формами и не патогенны для животных и человека.  
Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО₂ воздуха, но и из органических соединений. Такие бактерии получили название миксотрофы (от лат. mixi - смесь, т. е. смешанный тип питания). В зависимости от способа поглощения азота, микроорганизмы могут подразделяться на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.  
Аминоавторофы синтезируют белок из минеральных соединений и из воздуха, это в основном почвенные бактерии. У зеленых растений в основе автотрофного типа питания лежит процесс фотосинтеза. Фотосинтез характерен как для высших растений, так и для водорослей, и, как уже упоминалось, фотосинтезирующих бактерий. Но наибольшего совершенства фотосинтез достиг все-таки у зеленых растений. Что же такое фотосинтез?  
Под фотосинтезом понимают процесс образования необходимых для жизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и всех других организмов, сложных органических соединений из простых веществ за счет энергии света, поглощаемой хлорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами. Начало исследованию фотосинтеза положили работы Дж. Пристли, Ж. Сенебье, Я. Ингенхауза.  
Дж. Пристли (1733-1804) в 1771 г. показал, что воздух, «испорченный» горением или дыханием, вновь становится пригодным для дыхания под воздействием зеленых растений. Таким образом, было установлено, что зеленые растения способны поглощать углекислый газ (СО₂) и выделять кислород (О2). Ж. Сенебье (1742-1809) доказал, что источником углерода для зеленых растений является углекислый газ (СО₂), который усваивается ими под влиянием света. Ю. Майер (1814-1878) выдвинул гипотезу, в которой утверждалось, что единственным на Земле аккумулятором солнечной энергии являются растения.  
Суммарно процесс фотосинтеза логично выразить таким образом:  
 
                      свет  
6СО₂ + 6Н₂O - C₆H₁₂O₆ + 6О₂  
 
Во второй половине XIX в. великий русский биолог К. А. Тимирязев открыл, что светопоглощающим элементом растительной клетки является хлорофилл. Хлорофилл входит в структуру хлоропластов. В одной растительной клетке содержится от 20 до 100 хлоропластов. Хлоропласты окружены мембраной, которая содержит большое количество мешочков - так называемых тилакоидов. В тилакоидах содержатся фотохимические центры и компоненты, участвующие в транспорте электронов и образовании аденозии трифосфорной кислоты (АТФ). Тимирязевым была также доказана прямая зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза.  
В 1905 г. появилась гипотеза о том, что фотосинтез может проходить и в темноте. Таким образом, процесс фотосинтеза составляют световая и теневая фазы. Однако биохимические доказательства этого предположения были получены лишь в 1937 г. английским исследователем Хиллом. Изучением световых и теневых реакций подробно занимались немецкий физиолог и биохимик Варбург. Главным итогом данного периода в изучении фотосинтеза является то, что было положено начало представлению о фотосинтезе как об окислительно-восстановительном процессе, где восстановление углекислого газа осуществляется при одновременном окислении донора водорода.  
В 1941 г. советские ученые А. П. Виноградов установил, что источником выделяющегося при фотосинтезе кислорода является не углекислый газ, а вода. С середины XX в. изучению фотосинтеза способствовало создание новых методов исследования (изотопная технология, спектроскопия, электронная микроскопия и др.), позволивших вскрыть тонкие механизмы этого процесса. Наиболее значимыми в этот период являются работы отечественных ученых А. Н. Теренина, А. А. Красновского.  
Схематично механизм фотосинтеза растений, водорослей, бактерий можно выразить следующим образом:  
 
образование углеводов:  
 
донор Н₂ и источник О₂ - вода  
акцептор Н₂ и источник С - СО₂  
 
образование аминокислот, белков, пигментов и других соединений:  
 
акцептор Н₂ и источник N₂ - NO₂^-4  
источник С - SO₄^-2  
 
Значение фотосинтеза очень огромно. В результате фотосинтеза растительность Земли ежедневно образует более 100 млрд. т органических веществ (около половины приходится на долю растений морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т СО₂, и выделяет во внешнюю среду около 145 млрд. т свободного кислорода.

2. Гетеротрофные организмы 

Организмы, использующие для  своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными.  
К гетеротрофным организмам относятся все животные и человек, а также некоторые паразитические растения и бактерии. Разделение организмов по типу питания на автотрофные и гетеротрофные весьма условно.  
Некоторые автотрофы - фотосинтезирующие зеленые растения - могут усваивать небольшое количество органических соединений. Некоторые растения-хищники (росянка, пузырчатка) используют органические соединения для азотного питания, а углеродное питание осуществляется посредством фотосинтеза. Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах.  
В 1933 г. с помощью изотопного метода американские ученые подтвердили, что ярко выраженные гетеротрофы (грибы и бактерии) способны усваивать углерод, поглощая СО₂. Для гетеротрофных бактерий источником углерода служат готовые органические соединения: сахара, спирты, молочная, лимонная и уксусная кислоты, а также воск, клетчатка и крахмал. Из микроорганизмов гетеротрофами являются возбудители брожения (спиртового, пропионово - кислого, молочно - кислого и маслянично - кислого), гнилостные и болезнетворные бактерии.  
В зависимости от используемого субстрата, гетеротрофные микроорганизмы подразделяются на две обширные группы: мета- и паратрофы. Метатрофы используют органические соединения мертвых субстратов. В эту группу входят в основном гнилостные бактерии. Паратрофы используют органические соединения живых организмов. Именно эти микроорганизмы обычно вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений.  
Гетеротрофы в качестве источника азота используют готовые аминокислоты: такой путь питания называют аминогетеротрофным. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Для них характерен голозойный тип питания. Поступление питательных веществ путем диффузии сменяется образованием органов для принятия пищи. Например, у простейших, наряду с так называемым сопрозойным способом питания (всасыванием пищи всей поверхностью клетки), имеется и анимальный способ, т. е. заглатывание питательных веществ псевдоподиями (выпячивание цитоплазмы), ресничками или жгутиками. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система.  
Одним из начальных отделов пищеварительной системы является ротовой аппарат. Строение и функция ротового аппарата у животных разнообразно и зависит от вида корма; в основном различают грызущий, перетирающий, сосущий типы ротового аппарата. Животных условно подразделяют на фитофагов (растительноядные) и зоофагов (плотоядные). Однако имеются и промежуточные, или смешанные формы.  
Применительно к животным, целесообразнее употреблять термин «пищеварение». Пищеварение - это начальный этап обмена веществ в организме, состоящий в том, что сложные питательные вещества, входящие в состав пищи, распадаются на элементарные частицы, способные к участию в дальнейших этапах обмена веществ. Например, жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, углеводы - до моносахаридов.  
Для расщепления сложных веществ в организме животных и человека имеются разнообразные литические ферменты, часть органических веществ расщепляется симбиотическими микроорганизмами (в рубце жвачных и слепой кишке человека). Различают пищеварение в ротовой полости, желудочное и кишечное. В организации процесса переваривания корма у животных и пищи у человека важную роль играют нервная система и железы внутренней секреции. Таким образом осуществляется нервная и гуморальная регуляции пищеварительных процессов.  
В ротовой полости пища подвергается механической обработке и действию ряда ферментов, в основном, амипазы и мальтазы. В желудке же пища претерпевает значительное химическое превращение. Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание.  
Автотрофные и гетеротрофные организмы, входящие в состав биогенезов, взаимно связаны между собой так называемыми трофическими связями. Значение трофических связей в структуре экологических сообществ очень велико. Благодаря им осуществляется круговорот веществ на Земле.  
Автотрофные организмы, ассимилируя неорганические вещества, используя энергию солнечного света или химических реакций, способствуют образованию так называемой первичной продукции - первичной биомассы или органического вещества. Первичная продукция утилизируется гетеротрофными организмами, и значительная роль в этом принадлежит фитофагам, о которых мы упоминали чуть ранее. Фитофаги, в свою очередь, становятся жертвами хищников - зоофагов. Отмершие останки животных и растений вновь превращаются в неорганические вещества, благодаря воздействию абиотических факторов внешней среды, а также организмов-редуцентов и гнилостной микрофлоры.