AUTOTROFNA PREHRANA: KARAKTERISTIKE, FAZE, VRSTE, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2025

Autotrofni prehrana je proces koji se javlja u autotrofnih organizama, gdje se iz anorganskih tvari, potrebne su spojevi proizvode za održavanje i razvoj ovih živih bića. U ovom slučaju, energija dolazi od sunčeve svjetlosti ili nekih kemijskih spojeva.

Na primjer, biljke i alge su autotrofični organizmi, jer proizvode vlastitu energiju; ne trebaju se hraniti drugim živim bićima. Suprotno tome, biljojedi, svejede ili mesožderke su heterotrofi.

Autotrofična prehrana. Izvor: pixabay.com

Uzimajući u obzir vrstu izvora koji se koristi u prehrambenom postupku, postoje fotoautotrofični i kemoautotrofni organizmi. Prvi dobivaju svoju energiju sunčevom svjetlošću i predstavljaju ih biljke, alge i neke fotosintetske bakterije.

S druge strane, kemoautotrofi koriste različite reducirane anorganske spojeve, poput molekularnog vodika, za provođenje postupaka koji im omogućuju dobivanje hranjivih tvari. Ovu skupinu čine bakterije.

karakteristike

- Pretvaranje energije

Prvo načelo termodinamike kaže da se energija ne uništava niti stvara. Podvrgava se transformacijama u drugim vrstama energije, različitim od izvornih izvora. U tom se smislu u autotrofičnoj prehrani kemijska i solarna energija pretvaraju u različite nusproizvode, poput glukoze.

- Prijenos energije

Autotrofična prehrana tipična je za autotrofična bića koja čine osnovu svih lanaca hrane. U tom se smislu energija prenosi s autotrofa na primarne potrošače koji ih konzumiraju, a zatim na mesožderke koje proždiru primarne.

Dakle, biljka je kao autotrofični ili proizvođački organizam glavna hrana jelena (primarni potrošač) i planinskog lava (sekundarni potrošač), ona lovi i konzumira jelena. Kad lav umre, mikroorganizmi i bakterije djeluju na razgrađenu tvar, a energija se ponovno vraća u zemlju.

U hidrotermalnim otvorima, autotrofne bakterije su organizam mreže hrane. Dagnje i puževi su glavni potrošači, hrane se bakterijama. Zauzvrat, hobotnica uključuje ove mekušce u svoju prehranu.

- Specijalizirane strukture i tvari

kloroplasta

kloroplasta

Kloroplasti su ovalne organele koje se nalaze u stanicama biljaka i algama. Oni su okruženi membranama i unutar njih se odvija proces fotosinteze.

Dva membranska tkiva koja ih okružuju imaju kontinuiranu strukturu koja ih ograničava. Vanjski sloj je propusan, zbog prisutnosti porina. Što se tiče unutarnje membrane, ona sadrži bjelančevine koje su odgovorne za transport tvari.

Unutar ima šupljinu, poznatu kao stroma. Postoje ribosomi, lipidi, škrobne granule i kružna dvolančana DNK. Uz to, imaju sakulice nazvane tilakoidi, čija membrana sadrži fotosintetske pigmente, lipide, enzime i proteine.

Fotosintetski pigmenti

Ti pigmenti apsorbiraju energiju iz sunčeve svjetlosti, koju obrađuje fotosintetski sustav.

Klorofil

Klorofil

Klorofil je zeleni pigment koji se sastoji od prstena kromoproteina koji se naziva porfirin. Oko nje elektroni slobodno migriraju, uzrokujući da prsten ima potencijal da dobije ili izgubi elektrone.

Zbog toga ima potencijal osigurati elektrone koji se energiziraju drugim molekulama. Dakle, solarna energija se hvata i prenosi na druge fotosintetske strukture.

Postoji nekoliko vrsta klorofila. Klorofil a je u biljkama i algama. Tip b nalazimo u biljkama i zelenim algama. S druge strane, klorofil c prisutan je u dinoflagelatima i tipa d, posjeduje cijanobakterije.

karotenoidi

Kao i drugi fotosintetski pigmenti, karotenoidi hvataju svjetlosnu energiju. Međutim, uz to, doprinose raspršivanju viška apsorbiranog zračenja.

Karotenoidi nemaju mogućnost da izravno koriste svjetlosnu energiju za fotosintezu. Oni prenose apsorbiranu energiju u klorofil, zbog čega se smatraju dodatnim pigmentima.

Ekstremna okruženja

Tardigrades, Phylum poznat po svojoj sposobnosti da opstane u vrlo teškim uvjetima. Izvor: Willow Gabriel, Goldstein Lab, putem Wikimedia Commonsa

Mnogi kemoautotrofi, uključujući nitrificirajuće bakterije, raspoređeni su u jezerima, morima i na tlu. Međutim, neki drugi obično žive u nekim neobičnim ekosustavima, gdje postoje kemikalije potrebne za provođenje oksidacije.

Na primjer, bakterije koje žive u aktivnim vulkanima oksidiraju sumpor kako bi napravili svoju hranu. Također, u Nacionalnom parku Yellowstone u Sjedinjenim Državama postoje bakterije koje se nalaze u vrućim izvorima. Također, neki žive duboko u oceanu, u blizini hidrotermalnih otvora.

U ovom području voda prodire kroz pukotinu u vrućim stijenama. Zbog toga se u morsku vodu ugrađuju različiti minerali, među kojima je i sumporovodik, koji bakterije koriste za kemosintezu.

Faze autotrofne prehrane

Općenito, autotrofična prehrana razvija se u tri faze. Ovi su:

Prolaz membrane i hvatanje energije

U ovom procesu, smanjene anorganske molekule, poput amonijaka, i jednostavne anorganske molekule, poput soli, vode i ugljičnog dioksida, prolaze kroz polupropusnu staničnu membranu, a da ne uzrokuju stanicu nikakav trošak energije.

S druge strane, u fotoautotrofnim organizmima ulazi u svjetlosna energija, koja je izvor koji se koristi za provođenje procesa fotosinteze.

Metabolizam

Tijekom autotrofne prehrane, u citoplazmi stanica događa se niz kemijskih reakcija. Kao rezultat ovih procesa dobiva se biokemijska energija koju će stanica iskoristiti za obavljanje svojih vitalnih funkcija.

Izlučivanje

Ova posljednja faza sastoji se u uklanjanju, kroz polupropusnu staničnu membranu, svih otpadnih proizvoda koji potječu iz prehrambenih metabolizma.

vrste

Uzimajući u obzir vrstu korištenog izvora energije, autotrofna prehrana razvrstava se na dva načina, fotoautotrofično i hemoautotrofno.

Photoautotrophs

Fotoautotrofi su organizmi koji dobivaju energiju za stvaranje organskih spojeva iz sunčeve svjetlosti, proces nazvan fotosinteza. U ovu skupinu spadaju zelene alge, biljke i neke fotosintetske bakterije.

Fotosinteza se događa u kloroplastima i ima dvije faze. Prvo je lagano. U tome dolazi do disocijacije molekule vode, za što se koristi svjetlosna energija. Proizvod ove faze su molekule ATP i NADPH.

Ta se kemijska energija koristi u drugoj fazi procesa, poznatoj kao tamna faza. To se događa u stromi kloroplasta i dobiva to ime jer ne zahtijeva svjetlosnu energiju da bi se odvijali kemijski procesi.

NADPH i ATP, produkt svjetlosne faze, koriste se za sintezu organskih tvari, poput glukoze, koristeći ugljični dioksid, sulfate i nitrite i nitrate kao izvor dušika.

Chemoautotrophs

Nitrobacter je rod hemotrofnih bakterija

Kemoautotrofni organizmi, predstavljeni bakterijama, sposobni su koristiti smanjene anorganske spojeve kao osnovu za respiratorni metabolizam.

Na isti način kao fotoautotrofi, ova grupa koristi ugljični dioksid (CO2) kao glavni izvor ugljika, asimiliran na isti način, reakcijama Calvin ciklusa. Međutim, za razliku od njih, kemoautotrofi ne koriste sunčevu svjetlost kao izvor energije.

Potrebna energija je produkt oksidacije nekih reduciranih anorganskih spojeva, kao što su molekularni vodik, željezo, hidrogen sulfid, amonijak i razni reducirani oblici sumpora (H2S, S, S2O3-).

Trenutno se kemoautotrofi najčešće nalaze u dubokim vodama, gdje je sunčeva svjetlost gotovo nula. Mnogi od tih organizama trebaju živjeti oko vulkanskih otvora. Na ovaj način je okruženje dovoljno toplo da se metabolički proces odvija velikom brzinom.

Primjeri živih bića s autotrofičnom prehranom

Biljke

Uz nekoliko izuzetaka, poput Venčine muhe (Dionaea muscipula) koja enzimskim djelovanjem može hvatati i uništavati insekte, sve su biljke isključivo autotrofne.

Zelene alge

Zelene alge su parafilna skupina algi koje su usko povezane s kopnenim biljkama. Trenutno postoji više od 10.000 različitih vrsta. Oni uglavnom žive u raznim slatkovodnim staništima, iako ih se može naći u nekim morima na planeti.

Ova skupina sadrži pigmente poput klorofila a i b, ksantofila, β-karotena i nekih rezervnih tvari, poput škroba.

Primjeri:

- Ulva lactuca, poznata kao lamilla, je zelena alga koja raste u intertidalnoj zoni velike većine oceana. Ima osobito duge listove, sa uvijenim rubovima, što mu daje izgled salate.

Ova vrsta spada u skupinu jestivih algi. Osim toga, koristi se u kozmetičkoj industriji, u proizvodnji hidratantnih proizvoda.

- Volvox aureus živi u slatkoj vodi, tvoreći sferne kolonije od oko 0,5 milimetara. Ti se grozdovi sastoje od oko 300 do 3200 stanica, koje su međusobno povezane plazma vlaknima. Škrob se akumulira u kloroplastima i oni sadrže fotosintetske pigmente poput klorofila a, b i ß-karotena.

cijanobakterije

Cijanobakterije su nekad bile poznate po imenima kloroksibakterija, plavozelene alge i plavozelene alge. To je zato što ima klorofilne pigmente, koji joj daju tu zelenu nijansu. Također, imaju morfologiju sličnu algama.

Riječ je o bakterijskoj vrsti, koju čine jedini prokarioti sa sposobnošću korištenja sunčeve svjetlosti kao energije i vode kao izvora elektrona za fotosintezu.

Željezne bakterije (

Bakterija Acidithiobacillus ferrooxidans dobiva energiju iz željeznog željeza. Pri tom procesu se netopljivi atomi željeza u vodi pretvaraju u topljivi molekularni oblik u vodi. To je omogućilo ovoj vrsti da se izvlači željezo iz nekih minerala, gdje ih nije bilo moguće ukloniti na konvencionalan način.

Bezbojne sumporne bakterije

Te bakterije pretvaraju hidrogen sulfid, produkt raspadanja organske tvari, u sulfat. Ovaj spoj koriste biljke.

Reference

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Autotrofična prehrana. U: Metabolizam, kretanje i kontrola. Oporavak s linka.springer.com.
2. Encyclopaedia Britannica (2019). Autotrofični metabolizam. Oporavak od britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Autotrofija. Oporavilo s nacionalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Autotrophs. Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Manrique, Esteban. (2003). Fotosintetski pigmenti, nešto više od hvatanja svjetlosti za fotosintezu. Oporavak od researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Prehrambene vrste bakterija. Oporavilo sa sciaching.com.