Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цикл между автотрофами и гетеротрофами . Автотрофы используют свет, углекислый газ (CO 2 ) и воду для образования кислорода и сложных органических соединений, в основном в процессе фотосинтеза (зеленая стрелка). Оба типа организмов используют такие соединения посредством клеточного дыхания как для выработки АТФ, так и для образования CO 2 и воды (две красные стрелки).

Гетеротроф ( / ч ɛ т ər ə ˌ т т oʊ е , - ˌ т т ɒ е / ; [1] из древнего греческого ἕτερος héteros «другой» и τροφή trophḗ «питание») является организм , который не может производить самостоятельно пища, вместо того, чтобы получать питание из других источников органического углерода , в основном из растений или животных. В пищевой цепи гетеротрофы являются первичными, вторичными и третичными потребителями, но не производителями. [2][3] Живые организмы, гетеротрофные включают все животное и грибы , некоторые бактерии и простейших , [4] и многие паразитических растений . Термин гетеротрофпоявилсяв микробиологии в 1946 году как часть классификации микроорганизмов, основанной на их типе питания . [5] Этот термин сейчас используется во многих областях, таких как экология, при описании пищевой цепи .

Гетеротрофы можно подразделить по источнику энергии. Если гетеротроф использует химическую энергию, это хемогетеротроф (например, люди и грибы). Если он использует свет для получения энергии, то это фотогетеротроф (например, зеленые несернистые бактерии ).

Гетеротрофы представляют собой один из двух механизмов питания ( трофические уровни ), другой - автотрофы ( авто = сам, троф = питание). Автотрофы используют энергию солнечного света ( фотоавтотрофы ) или окисления неорганических соединений ( литоавтотрофы ) для преобразования неорганического диоксида углерода в органические углеродные соединения и энергию для поддержания своей жизни. Сравнивая эти два основных понятия, гетеротрофы (например, животные) питаются либо автотрофами (например, растениями), либо другими гетеротрофами, либо и тем, и другим.

Детритивы - это гетеротрофы, которые получают питательные вещества , потребляя детрит (разлагая части растений и животных, а также фекалии ). [6] Saprotrophs (также называемые lysotrophs) является chemoheterotrophs , которые используют внеклеточное пищеварение при обработке распались органическим веществом; термин, наиболее часто используемый для описания грибов . Чаще всего этому процессу способствует активный транспорт таких материалов посредством эндоцитоза внутри внутреннего мицелия и составляющих его гиф . [7]

Типы [ править ]

Гетеротрофы могут быть органотрофами или литотрофами . Органотрофы используют восстановленные соединения углерода в качестве источников электронов, такие как углеводы , жиры и белки растений и животных. С другой стороны, литогетеротрофы используют неорганические соединения, такие как аммоний , нитрит или сера , для получения электронов. Другой способ классификации различных гетеротрофов - отнесение их к хемотрофам или фототрофам . Фототрофы используют свет для получения энергии и осуществления метаболических процессов, тогда как хемотрофы используют энергию, полученную в результате окисления химических веществ из окружающей среды.[8]

Фотоорганогетеротрофы, такие как Rhodospirillaceae и пурпурные несернистые бактерии, синтезируют органические соединения, используя солнечный свет в сочетании с окислением органических веществ. Они используют органические соединения для строительства конструкций. Они не фиксируют углекислый газ и, по-видимому, не имеют цикла Кальвина . [9] Хемолитогетеротрофы, такие как Oceanithermus profundus [10], получают энергию от окисления неорганических соединений, включая сероводород , элементарную серу , тиосульфат и молекулярный водород . Миксотрофы(или факультативный хемолитотроф) могут использовать диоксид углерода или органический углерод в качестве источника углерода, что означает, что миксотрофы могут использовать как гетеротрофные, так и автотрофные методы. [11] [12] Хотя миксотрофы обладают способностью расти как в гетеротрофных, так и в автотрофных условиях, C. vulgaris имеет более высокую биомассу и липидную продуктивность при выращивании в гетеротрофных условиях по сравнению с автотрофными условиями. [13]

Гетеротрофы, потребляя восстановленные соединения углерода, могут использовать всю энергию, которую они получают из пищи (и часто кислород) [14], для роста и размножения, в отличие от автотрофов, которые должны использовать часть своей энергии для фиксации углерода. [9] И гетеротрофы, и автотрофы, как правило, зависят от метаболической активности других организмов в отношении питательных веществ, отличных от углерода, включая азот, фосфор и серу, и могут умереть от недостатка пищи, которая обеспечивает эти питательные вещества. [15] Это относится не только к животным и грибам, но и к бактериям. [9]

Схема [ править ]

Блок-схема для определения того, является ли вид автотрофом, гетеротрофом или подтипом
  • Автотроф
    • Хемоавтотроф
    • Фотоавтотроф
  • Гетеротроф
    • Хемогетеротроф
    • Фотогетеротроф

Экология [ править ]

Основная статья: Потребитель (пищевая цепочка)

Многие гетеротрофы являются хемоорганогетеротрофами, которые используют органический углерод (например, глюкозу) в качестве источника углерода и органические химические вещества (например, углеводы, липиды, белки) в качестве источников электронов. [16] Гетеротрофы действуют как потребители в пищевой цепочке : они получают эти питательные вещества из сапротрофных , паразитарных или голозойных питательных веществ . [17] Они расщепляют сложные органические соединения (например, углеводы, жиры и белки), производимые автотрофами, на более простые соединения (например, углеводы на глюкозу , жиры на жирные кислоты и глицерин , а белки на аминокислоты.). Они высвобождают энергию O 2 [14] , окисляя атомы углерода и водорода из углеводов, липидов и белков до диоксида углерода и воды соответственно.

Они могут катаболизировать органические соединения путем дыхания, ферментации или того и другого. Ферментирующие гетеротрофы являются либо факультативными, либо облигатными анаэробами, которые проводят ферментацию в среде с низким содержанием кислорода, в которой производство АТФ обычно сочетается с фосфорилированием на уровне субстрата и производством конечных продуктов (например, спирта, CO2, сульфида). [18] Эти продукты могут затем служить субстратом для других бактерий в анаэробном переваривании и превращаться в CO 2 и CH 4 , что является важным этапом углеродного цикла для удаления органических продуктов ферментации из анаэробной среды. [18]Гетеротрофы могут подвергаться дыханию , при котором производство АТФ сочетается с окислительным фосфорилированием . [18] [19] Это приводит к выбросу в атмосферу окисленных углеродных отходов, таких как CO 2, и восстановленных отходов, таких как H 2 O, H 2 S или N 2 O. На дыхание и ферментацию гетеротрофных микробов приходится большая часть выброса CO 2 в атмосферу, что делает его доступным для автотрофов в качестве источника питательных веществ и растений в качестве субстрата для синтеза целлюлозы. [20] [19]

Дыхание у гетеротрофов часто сопровождается минерализацией - процессом преобразования органических соединений в неорганические формы. [20] Когда источник органических питательных веществ, принимаемый гетеротрофом, содержит важные элементы, такие как N, S, P в дополнение к C, H и O, они часто удаляются первыми, чтобы продолжить окисление органических питательных веществ и производство АТФ. через дыхание. [20] S и N в источнике органического углерода превращаются в H 2 S и NH 4 + посредством десульфурилирования и дезаминирования соответственно. [20] [19] Гетеротрофы также допускают дефосфорилирование как часть разложения. [19] Преобразование азота и серы из органической формы в неорганическую является важной частью цикла азота и серы . H 2 S, образующийся в результате десульфурилирования, дополнительно окисляется литотрофами и фототрофами, в то время как NH 4 +, образующийся в результате дезаминирования, дополнительно окисляется литотрофами до форм, доступных для растений. [20] [19] Способность гетеротрофов минерализовать основные элементы имеет решающее значение для выживания растений. [19]

Большинство опистоконтов и прокариот гетеротрофны; в частности, все животные и грибы являются гетеротрофами. [4] Некоторые животные, например кораллы , вступают в симбиотические отношения с автотрофами и таким образом получают органический углерод. Кроме того, некоторые паразитические растения также стали полностью или частично гетеротрофными, в то время как плотоядные растения потребляют животных, чтобы увеличить свой запас азота, оставаясь автотрофными.

Животные классифицируются как гетеротрофы при приеме внутрь, грибы классифицируются как гетеротрофы при абсорбции.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "grc" . Словарь Мерриама-Вебстера .
  2. ^ "Определение гетеротрофа" . Биологический словарь. 15 декабря 2016 г.
  3. ^ Хогг, Стюарт (2013). Основная микробиология (2-е изд.). Вили-Блэквелл. п. 86. ISBN 978-1-119-97890-9.
  4. ^ а б «Как клетки собирают энергию» (PDF) . Макгроу-Хилл Высшее образование. Архивировано 31 июля 2012 года из оригинального (PDF) . Проверено 10 октября 2010 .
  5. ^ Lwoff, A .; CB van Niel; П.Дж. Райан; Э.Л. Татум (1946). Номенклатура типов питания микроорганизмов (PDF) . Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии. XI (5-е изд.). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Биологическая лаборатория. С. 302–303.
  6. Перейти ↑ Wetzel, RG (2001). Лимнология: озерные и речные экосистемы (3-е изд.). Академическая пресса. п. 700.
  7. ^ «Назначение сапротрофов и их внутреннее питание, а также два основных типа грибов, которые чаще всего упоминаются, а также визуальное описание процесса сапротрофного питания через диаграмму гиф, относящуюся к Rhizobium на влажный, несвежий хлеб из непросеянной муки или гниющие фрукты » Advanced Biology Principles , p 296. [ требуется полная ссылка ]
  8. Перейти ↑ Mills, AL (1997). Экологическая геохимия месторождений полезных ископаемых: Часть A: Процессы, методы и вопросы здоровья. Часть B: Тематические исследования и темы исследований (PDF) . Общество экономических геологов. С. 125–132. ISBN  978-1-62949-013-7. Проверено 9 октября 2017 года .
  9. ^ a b c Маузет, Джеймс Д. (2008). Ботаника: Введение в биологию растений (4-е изд.). Издательство "Джонс и Бартлетт". п. 252 . ISBN 978-0-7637-5345-0. гетеротроф фиксируют углерод.
  10. ^ Мирошниченко, МЛ; L'Haridon, S .; Jeanthon, C .; Антипов, АН; Кострикина Н.А.; Тиндалл, Б.Дж.; и другие. (1 мая 2003 г.). «Oceanithermus profundus gen. Nov., Sp. Nov., Термофильная, микроаэрофильная, факультативно хемолитогетеротрофная бактерия из глубоководного гидротермального источника» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 53 (3): 747–752. DOI : 10.1099 / ijs.0.02367-0 . PMID 12807196 . 
  11. ^ LIBES, Susan M. (2009). Введение в морскую биогеохимию (2-е изд.). Академическая пресса. п. 192. ISBN. 978-0-12-088530-5.
  12. ^ Дворкин, Мартин (2006). Прокариоты: экофизиология и биохимия (3-е изд.). Springer. п. 988. ISBN 978-0-387-25492-0.
  13. ^ Лян, Янна (июль 2009). «Биомасса и липидная продуктивность Chlorella vulgaris в автотрофных, гетеротрофных и миксотрофных условиях роста». Письма о биотехнологии . 31 (7): 1043–1049. DOI : 10.1007 / s10529-009-9975-7 . PMID 19322523 . S2CID 1989922 .  
  14. ^ а б Шмидт-Рор, К. (2020). «Кислород высокоэнергетической Молекулы Powering комплекса многоклеточный: Основные поправки к традиционной биоэнергетике» ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  15. ^ Кэмпбелл и Рис (2002). Биология (7-е изд.). ISBN издательства Benjamin-Cummings Publishing Co. 978-0805371710.
  16. ^ Миллс, AL "Роль бактерий в геохимии окружающей среды" (PDF) . Проверено 19 ноября 2017 года .
  17. ^ "Гетеротрофное питание и контроль плотности бактерий" (PDF) . Проверено 19 ноября 2017 года .
  18. ^ a b c Gottschalk, Герхард (2012). Бактериальный метаболизм . Серия Спрингера по микробиологии (2-е изд.). Springer. DOI : 10.1007 / 978-1-4612-1072-6 . ISBN 978-0387961538. S2CID  32635137 .
  19. ^ Б с д е е Wade, Bingle (2016). MICB 201: Введение в микробиологию окружающей среды . С. 236–250.
  20. ^ a b c d e Кирчман, Дэвид Л. (2014). Процессы в микробной экологии . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. С. 79–98. ISBN 9780199586936.