какое значение имеют метаболические процессы автотрофов для биоты земли

Автотрофы и гетеротрофы: их роль в экосистеме

Всем живым существам на Земле нужна еда для того, чтобы выжить. Пища – это не только то, чем питаются люди и животные, это также полезные ископаемые и питательные вещества, которые поглощают растения. Мнение о том, что растения являются начальным источником питания, было бы большим преуменьшением, так как для выживания они тоже должны питаться. Все было создано природой таким способом, чтобы живые существа могли гармонично сосуществовать друг с другом. Говоря простым языком, автотрофы и гетеротрофы – это растения и животные, которые отличаются по своему способу питания.

Автотрофы

Для растений пищей являются крахмал и питательные вещества, которые добываются из почвы и солнечного света. Им не нужно заниматься поисками пропитания, достаточно будет просто использовать свои собственные врожденные способности и особенности для получения необходимых питательных веществ, обеспечивающих рост и развитие. Автотрофы – это растения, которые добывают себе пропитание из дождя, почвы и солнечного света.

Важную роль в снабжении клеток питательными и минеральными веществами играет фотосинтез (использование света), а также хемосинтез (химическая энергия). В ходе этих сложных процессов «сырые» питательные вещества и полезные ископаемые преобразовываются в специальные клетки, которые поглощают солнечный свет и трансформируют его в энергию. Автотрофы также именуются производителями.

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.

Автотрофы, гетеротрофы: сравнительная характеристика

Автотрофы получают углерод из неорганических источников, например, углекислый газ (CO2), в то время как гетеротрофы получают свою долю углерода от других организмов. Автотрофы обычно являются растениями, гетеротрофы – животными. Автотрофы и гетеротрофы отличаются друг от друга по многим показателям. Автотрофы создают себе питание фотосинтезом или хемосинтезом при помощи неживых компонентов экосистемы.

Гетеротрофы зависят от автотрофов в пищевом плане. Автотрофы напрямую зависят от энергии от солнца и преобразовывают неорганическое вещество в органику. Гетеротрофы зависят от солнечной энергии лишь косвенно, а органические вещества приобретают от автотрофов и используют их в метаболических процессах.

Фотосинтез и хемосинтез

В процессе фотосинтеза автотрофы используют энергию солнца, чтобы преобразовать воду из почвы и углекислый газ из воздуха в глюкозу. Последняя предоставляет энергию и используется для создания целлюлозы (которая незаменима для строительства клеточных мембран), например, растениями, морскими водорослями, фитопланктоном и некоторыми бактериями. Насекомоядные растения используют фотосинтез для выработки энергии, но зависят и от других организмов для получения таких питательных веществ, как азот, калий и фосфор. Следовательно, эти растения также считаются автотрофами.

Хемотрофы используют энергию, образующуюся в результате химических реакций, для производства пищи. Чаще всего в реакцию вступает сероводород (метан с кислородом). Углекислый газ является главным источником углерода для хемотрофов. Примером могут быть бактерии, найденные в действующих вулканах, термальных источниках, гейзерах и на морском дне. Эти организмы выживают в самых экстремальных условиях.

Пищевая цепочка

Автотрофы не зависят от других организмов, они сами являются основным производителем и занимают начальный уровень пищевой цепочки. Травоядные животные, которые питаются автотрофами, занимают второй трофический уровень. Далее располагаются всеядные и плотоядные гетеротрофы. Наконец, на вершине цепи питания находится человек, который использует для пропитания как первых, так и вторых.

Биологические организмы автотрофы и гетеротрофы – это два типа биотических компонентов экосистемы, которые взаимодействуют друг с другом. Все живые организмы могут быть классифицированы как автотрофы или как гетеротрофы. В экосистеме поток энергии от одного организма к другому описан понятием пищевой цепи. Каждый организм, зависящий от следующего организма в плане пропитания, формирует линейную последовательность, через которую энергия переходит от одного организма к другому. Проще говоря, пищевая цепочка показывает, кто кого ест.

Автотрофы, гетеротрофы, хемотрофы: роль в экосистеме

Все пищевые цепочки начинаются на уровне производителя. Основные потребители едят производителей для получения энергии. Основные потребители съедаются вторичными потребителями; вторичных потребителей едят третичные потребители и так далее.

Роль гетеротрофов и автотрофов, а также хемотрофов в природе переоценить невозможно. Мертвые животные разлагаются, и таким образом питательные вещества возвращаются назад в почву. Этот цикл потока питательных веществ от одного уровня к следующему периодически повторяется между биотическими и неживыми компонентами экосистемы.

Несмотря на множество отличий, автотрофы и гетеротрофы находятся в прямой зависимости друг от друга. Для выживания в глобальном смысле этого слова они просто необходимы друг другу, так как являются одними из важнейших компонентов экосистемы, хотя в теории хемотрофы и автотрофы смогли бы существовать без гетеротрофов, последние же без чужой жизненной энергии не проживут.

Источник

Ресурсы живых существ как экологические факторы

Ресурсы живых существ – это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов.

Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы – это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, становится жестким лимитирующим фактором.

Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором при использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В.Р. Вильямса, причем, каждый из ресурсов (СО₂, Н₂О, К, S, Р, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.

Взаимозаменяемые ресурсы – это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, но такая взаимозаменяемость не означает равноданность. Они могут быть одновременно взаимодополняющими и антагонистическими.

взаимодополняющие ресурсы – это, ресурсы при совместном потреблении которых в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.

Однако может быть и наоборот: при совместном потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если один ресурс содержит одно токсичное соединение, а второй – другое, то поедание обоих ресурсов неблагоприятнее сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.

Экологическое значение незаменимых ресурсов

В результате морфологических и физиологических адаптации возникает некое соответствие между организмом и средой, но оно еще не гарантирует выживание организма в этой среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях. Первое испытание – это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы. Единственным ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Лучистая энергия – это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а остальные (вода, углеюкислый газ, биогенные вещества) используется многократно, вовлекаемые в биологический круговорот веществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет ее распределение, где первейшую роль играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнечной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь – величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.

Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не достигать максимума. Максимальные же значения эффективного ис­пользования лучистой энергии у растений составляют 3-4,5 % у морских микроскопических водорослей, 1-3 % – в тропических лесах, 0,6-1,2 % – в лесах умеренного пояса и 0,6 % – в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы. Диоксид углерода так же незаменимый ресурс в фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает. Более того, избыток СО₂ может интенсифицировать фотосинтез даже при некоторой недостаточной освещенности, например, в нижних ярусах густого леса, где его содержание несколько повышенное.

Вода – это не только компонент фотосинтеза, но и незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. Для подавляющего большинства растений основным источником воды является почва. Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором из-за ограниченных ее количества в почве, но она может быть и лимитирующей при максимальном водонасыщении почвы. Большинство растений гибнет при подтоплении как вследствие отсутствия аэрации корневой системы, так и вслед­ствие отравления сероводородом, выделяемый анаэробными бактериями. Однако ряд высших растений с корневой системой в виде трубчатых корней, способны жить в этих почвах, так как по этой трубчатой системе осуществляется доступ воздуха к корневой системе.

Минеральные ресурсы – это извлекаемые растением из почвы биогенные микро- и микроэлементы. Без них рост растений, т. е. образование органических молекул, невозможен. Минеральные ресурсы добываются корневой системой растений, их доступность неразрывно связана с доступностью воды, а наличие и количественный состав зависят от содержания биогенных веществ в почве.

Кислород в наземных сообществах не является пока лимитирующим ресурсом, но растворимость в воде у него значительно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной среде кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех существ, кроме анаэробов, кислород – незаменимый ресурс.

Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую поверхность тела (ракообразные), либо обладать способностью к медленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо возвращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфины и др.).

Экологическое значение пищевых ресурсов

Пищевые ресурсы – это сами организмы. Автотрофные (фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для следующего потребителя.

Различные ткани и органы растений отличаются по своей питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые и др.) специализируются на поедании мелких частей растения, обычно это семена, вегетативные почки и листья.

В отличие от растений состав тела различных фитофагов достаточно однообразен и ничем не отличается от такового плотоядных, т.е. мясо гусеницы, трески, земляных червей, креветок и оленя, по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и минеральных солей в одном грамме ничем не отличается. Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но их больше заботит, как добывать пищу.

Ограждение пищевых ресурсов

Любой организм стремится оградить себя от своего потребителя. Эти средства защиты есть и у растений и у животных. Они подразделяются на физические, химические, морфологические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители – наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем количестве, разрабатывая все более изощренные средства нападения, а «пожираемые» разрабатывают все более новые и новые средства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой, и эволюция каждого частично зависит от эволюции другого. Такие явления называют сопряженной эволюцией, или коэволюцией.

Таким образом, пищевой ресурс – любой потребленный компонент среды, который может быть отнят одним организмом у другого. Это способно вызвать внутривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной экологии.

Пространство как ресурс

Растения и животные конкурируют в занимаемом ими пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лимитирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка его ресурсов. Например, скальная поверхность может быть настолько плотно заселена мидиями, что другим моллюскам, потенциально способным еще прокормиться на этой площади, места уже не осталось. Ряд животных стремится к захвату определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом. Кроме того, потенциальными ресурсами для животных являются гнездовые участки и убежища.

Одним из примера возможного изменения климата является сокращения в Северо-Ледовитом океане площади льдов, что может отрицательно сказаться на численности белых медведей, использующие эти поверхности как для отдыха, так и для продолжения рода.

Контрольные вопросы

1. Что такое уровни биологической организации жизни? Какие из них являются объектами изучения экологии?

2. Что такое биогеоценоз и экосистема?

3. Как подразделяются организмы по характеру источника питания?

4. Что такое живой организм и чем он отличается от неживой природы?

5. Что такое дыхание и фотосинтез растений? Какое значение имеют метаболи­ческие процессы автотрофов для биоты Земли?

6. В чем суть биогенетического закона?

7. Что такое среда обитания организма? Понятия об экологических факторах.

8. Как называют совокупность факторов неорганической среды? Приведите на­именование и дайте определение этих факторов.

9. Как называют совокупность факторов живой органической среды?

10. Как называются экологические факторы, ограничивающие развитие организ­ма? Какое значение имеет свет для жизни на Земле?

Дата добавления: 2015-05-19 ; просмотров: 2250 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что такое автотрофы?

Чем отличаются автотрофы от гетеротрофов, какие характерные черты им присущи, в чем заключается их роль в формировании биосферы – ответы на эти и другие вопросы представлены в данной статье.

Автотрофы: особенности, свойства и характеристики организмов

К автотрофам относят (от др.-греч. αὐτός – сам + τροφή – пища) организмы, которые способны самостоятельно синтезировать органические вещества (белки, жиры и углеводы) из неорганических – углекислого газа (СО₂), воды (Н₂О), минеральных солей. Главная их особенность заключается в автономности и независимости от других организмов (гетеротрофов или миксотрофов). В число автотрофных организмов входят многие зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии.

Характерные особенности автотрофов:

Какова роль автотрофов?

Кроме того, растения, водоросли и бактерии участвуют в процессе фотосинтеза, преобразуя неорганические водородные соединения в углеводы под действием солнечного света. Следовательно, они выделяют в атмосферу кислород, сдерживая рост уровня углекислого газа и поддерживая жизнь на Земле, формируют озоновый слой, защищающий от вредного космического излучения.

Автотрофы участвуют в процессе фотосинтеза.

Благодаря автотрофам происходит формирование биомассы на планете. Животные и другие гетеротрофы питаются ими, тем самым преобразуя органику, но не изменяя ее количество.

Автотрофы – основа существования всего живого на Земле, «легкие» планеты и источник углеводов, жиров и растительных белков.

Роль хемоавтотрофов для биосферы также высока. Они преобразуют соединения серы, азота или железа, обеспечивая круговорот этих элементов в природе. В результате химических реакций хемосинтетиков образуются нитриты и нитраты, необходимые для обогащения почвы.

Какие организмы относят к автотрофам?

Все автотрофы разделяют на две группы в зависимости от способа получения ими энергии:

Представители первой группы получают энергию в процессе фотосинтеза, при этом участвуя в круговороте углерода в биосфере. Обязательным условием жизни фотосинтезирующих растений и водорослей является солнечный свет. Под его воздействием хлоропласты преобразуют углекислый газ и воду в питательные вещества.

Вторая группа представлена бактериями, которые продуцируют энергию с помощью хемосинтеза – процесса преобразования неорганических соединений за счет химических реакций в питательные вещества. В число хемоавтотрофов входят галофилы, термоацидофилы, метаногены и другие организмы, обитающие в экстремальной среде кислых горячих или глубоководных источников.

Типы хемотрофов.

Гетеретрофы: определяем сходства и отличия с автотрофами

Основным отличительным признаком автотрофов является тип питания, а также способ получения органических веществ. Сравнительная характеристика двух групп живых организмов представлена в таблице.

Таким образом, именно способность к фотосинтезу и хемосинтезу позволяет отнести растения и бактерии к организмам с автотрофным типом питания.

Как считаете, в чем основное биологическое значение данной группы организмов?

Источник

Метаболические процессы в живых организмах

Совокупность всех химических реакций протекающих в живом организме, называется метаболизмом.Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Катаболизм(энергетический обмен, диссимиляция)— совокупность реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и др. веществ). Катаболические реакции идут обычно с высвобождением энергии.

Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция)

понятие, противоположное катаболизму — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Энергетический обмен.По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.

Аэробы (аблигатные аэробы) — организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).

Анаэробы(облигатные анаэробы) — организмы, не способные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).

Факультативные формы (факультативные анаэробы) — организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения еще богатые энергией.

Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности.

По источнику энергии живые организмы делятся на фототрофов и хемотрофов. Фототрофы используют световую энергию (энергию солнечного излучения). Хемотрофыиспользуют химическую энергию (энергию связей химических соединений), которая выделяется при окислении химических соединений.

По источнику углерода живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы используют неорганический источник углерода (диоксид углерода). Гетеротрофы используют органические источники углерода (органические вещества).

По типу окисляемого субстрата живые организмы делятся на литотрофов и органотросров. Литотрофы окисляют неорганические соединения (Н₂0, H₂S, S, Н₂ и др.). Органотрофыокисляют органические соединения. Комбинации этих классификаций формирует разные группы живых организмов (табл. 10 и 11).

С экологических позиций наиболее важно охарактеризовать следующие группы организмов.

Автотрофы(автотрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды, минеральных солей.

В зависимости от источника энергии автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтогрофов. 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.).

Классификация организмов по источнику энергии и источнику углерода

По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные), осмотрофы поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).

Классификация организмов по источнику энергии и типу окисляемого субстрата

Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешенным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы — организмы, которые могут, как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

Пластический обмен. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:

─ органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) — простые органические молекул (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) — макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза, происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:

─ неорганические вещества (СО₂, Н₂О) — простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) — макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Рассмотрим наиболее важные с точки зрения экологии метаболические процессы пластического обмена — фотосинтез и хемосинтез.

Фотосинтез (фотоавтотрофия) — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.

В процессе фотосинтеза, кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Хемосинтез (хемоавтотрофия) — процесс синтеза органических соединений из неорганических (СО₂ и др.) за счет химической энергии окисления неорганических веществ (серы, водорода, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.).

К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: нитрифицирующие, водородные, железобактерии, серобактерии и др. Они окисляют соединения азота, железа, серы и других элементов. Все хемосинтетики являются облигатными аэробами, так как используют кислород воздуха.

Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота.

Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия запасается бактериями в виде молекул АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы.

Источник