|
По типу питания, т. е. по
способу извлечения энергии и по источникам энергии, живые организмы делятся
на две группы — гетеротрофные и автотрофные.
Гетеротрофными (от греч. «гетерос» — другой,
«трофе» — пища) называются организмы, не способные синтезировать органические
соединения из неорганических, использующие в виде пищи (источника энергии)
готовые органические соединения из окружающей среды. Первые живые организмы
на Земле были гетеротрофами. Они использовали в виде пищи органические
соединения «первичного бульона». В настоящее время к гетеротрофам относят
большинство бактерий, грибы и животных (одно- и многоклеточные) .
Автотрофными (от греч. «аутос» — сам, «трофе» —
пища) называются организмы, питающиеся (извлекающие энергию) неорганическими
веществами почвы, воды, воздуха и создающие из них органические вещества,
используемые для построения их тела. К автотрофам относятся некоторые
бактерии и все зеленые растения.
Автотрофные организмы используют разные источники энергии.
Для некоторых из них источником энергии служит свет, такие организмы
называются фототрофами. Другие используют энергию, освобождающуюся при
окислительно-восстановительных реакциях, и называются хемотрофами.
Зеленые растения являются фототрофами. При помощи
содержащегося в особых органоидах — хлоро- пластах — пигмента хлорофилла они
осуществляют фотосинтез — преобразование световой энергии Солнца в энергию
химических связей. Происходит это следующим образом ( 15). Кванты света
взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы
(точнее, их электроны) переходят в более богатое энергией «возбужденное»
состояние. Избыточная энергия части возбужденных молекул преобразуется в
теплоту или испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам
водорода, всегда находящимся в водном растворе вследствие диссоциации воды.
Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с
молекулами — переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН" отдают свои
электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН. Радикалы
ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный
кислород в соответствии с уравнением:
40Н-+2Н20+02
Следовательно, источником свободного кислорода,
выделяющегося в атмосферу, служит вода. Совокупность реакций, приводящих к
разложению воды под действием света, носит название фотолиза. Кроме фотолиза воды
энергия возбужденных светом электронов хлорофилла используется для синтеза
АТФ из АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс: в
хлоропластах образуется в 30 раз больше молекул АТФ. чем в митохондриях тех
же растений в результате окислительных процессов с участием кислорода.
Совокупность описанных выше реакций может происходить
только на свету и называется световой или светозависимой фазой
фотосинтеза.
Накопленная в результате светозависимых реакций энергия и
атомы водорода, образованные при фотолизе воды, используются для синтеза
углеводов из СО?:
6С02+24Н-^С6Н |206+6Н20.
При связывании неорганического углерода (С02) и синтезе
органических углеродсодержащих соединений не требуется прямого участия света.
Эти реакции называются темповыми, а их совокупность — темновой фазой
фотосинтеза.
Не все клетки зеленого растения автотрофные. Не содержат
хлоропласты и не способны к фотосинтезу клетки корня, лепестков цветков, камбия
и др.
В зеленых растениях донором водорода, участвующего в
фотосинтетических реакциях, служит вода. Именно поэтому образуется свободный
кислород, поступающий в атмосферу. Однако когда на начальных этапах эволюции
прокариотические организмы приобрели способность использовать для биосинтеза
энергию света, донором водорода для них служили такие вещества, как
органические соединения (кислоты, спирты, сахара), H2S или молекулярный
водород. До сих пор существуют и широко распространены реликтовые прокариотические
организмы — пурпурные и зеленые бактерии, у которых фотосинтез протекает без
выделения 02.
Другая группа автотрофных организмов — хемосинтезирующие
бактерии, или хемотрофы. Для биосинтеза они используют энергию
химических реакций неорганических соединений. Такие бактерии способны
окислять ионы аммония, нитрита, сульфида, сульфита двухвалентного железа,
элементарную серу, молекулярный водород и СО. Так, разные группы
нитрифицирующих бактерий последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем
из нитрита образуют нитрат
Деятельность всех этих бактерий — нитрифицирующих,
окисляющих железо и серу и переводящих тем самым нерастворимые минералы в
легко растворимые сульфаты тяжелых металлов, и многих других — играет важную
роль в круговороте веществ в природе.
|
