תזונה אוטוטרופית: מאפיינים, שלבים, סוגים, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

תזונת אוטוטרופי היא תהליך שמתרחש אורגניזמים אוטוטרופי, איפה, מחומרים אורגניים, התרכובות ההכרחיות מיוצרות עבור תחזוקה ופיתוח של יצורי חיים אלה. במקרה זה, האנרגיה מגיעה מאור שמש או מתרכובות כימיות מסוימות.

לדוגמא, צמחים ואצות הם אורגניזמים אוטוטרופיים, מכיוון שהם מייצרים אנרגיה משלהם; הם לא צריכים להאכיל מיצורים חיים אחרים. לעומת זאת, בעלי חיים אוכלי עשב, אוכלי כל או טורפים הם הטרוטרופים.

תזונה אוטוטרופית. מקור: pixabay.com

בהתחשב בסוג המקור המשמש בהליך התזונה, ישנם אורגניזמים פוטו-אוטוטרופיים וכימוטוטרופיים. הראשונים משיגים את האנרגיה שלהם מאור השמש ומיוצגים על ידי צמחים, אצות וכמה חיידקים פוטוסינתטיים.

מצד שני, כימואוטוטרופים משתמשים בתרכובות אנאורגניות שונות ומופחתות, כמו מימן מולקולרי, כדי לבצע את הנהלים המאפשרים להם להשיג את חומרי התזונה שלהם. קבוצה זו מורכבת מחיידקים.

מאפיינים

- המרת אנרגיה

העיקרון הראשון של התרמודינמיקה קובע כי אנרגיה לא נהרסת ולא נוצרת. הוא עובר טרנספורמציות בסוגי אנרגיה אחרים, השונים מהמקור המקורי. במובן זה, בתזונה אוטוטרופית, אנרגיה כימית ושמש מומרת לתוצרי לוואי שונים, כמו גלוקוזה.

- העברת אנרגיה

תזונה אוטוטרופית אופיינית ליצורים אוטוטרופיים, המהווים את הבסיס לכל שרשראות המזון. במובן זה, אנרגיה מועברת מהאוטוטרופים לצרכנים הראשיים הצורכים אותם ואז לקרניבורים שטורפים את הראשוניים.

לפיכך, צמח, כאורגניזם אוטוטרופי או כמפיק, הוא המזון העיקרי של הצבאים (הצרכן הראשוני) ושל אריה ההרים (הצרכן המשני), הוא צוד וצורך את הצבאים. כאשר האריה מת, מיקרואורגניזמים וחיידקים פועלים על החומר המפורק, והאנרגיה חוזרת לכדור הארץ שוב.

באוורור הידרותרמי, חיידקים אוטוטרופיים הם האורגניזם המייצר את רשת המזון. מולים וחלזונות הם הצרכנים העיקריים, הניזונים מחיידקים. בתורו, התמנון כולל רכיכות אלו בתזונה.

- מבנים וחומרים מתמחים

כלורופלסטים

כלורופלסט

כלורופלסטים הם אברונים סגלגלים המצויים בתאי צמחים ואצות. הם מוקפים בקרומים ותהליך הפוטוסינתזה מתרחש בתוכם.

לשתי הרקמות הממברנות המקיפות אותן יש מבנה רציף, התוחם אותן. השכבה החיצונית חדירה, בגלל נוכחותם של פורנים. באשר לקרום הפנימי, הוא מכיל חלבונים, האחראים על הובלת חומרים.

בתוכו יש חלל, המכונה סטרומה. ישנם ריבוזומים, ליפידים, גרגרי עמילן, ו- DNA מעגלי כפול חוטים. בנוסף, יש להם סוכריות הנקראות תילקואידים, אשר הממברנות שלהם מכילות פיגמנטים פוטוסינתטיים, ליפידים, אנזימים וחלבונים.

פיגמנטים פוטוסינתטיים

פיגמנטים אלה סופגים את האנרגיה מאור השמש, שעובדים על ידי המערכת הפוטוסינתטית.

כלורופיל

כלורופיל

כלורופיל הוא פיגמנט ירוק המורכב מטבעת של כרומופרוטאין הנקרא פורפירין. סביבו אלקטרונים נודדים בחופשיות, וגורמים לטבעת פוטנציאל להשיג או לאבד אלקטרונים.

בגלל זה, יש לו פוטנציאל לספק אלקטרונים המופעלים באמצעות אנרגיה למולקולות אחרות. כך, אנרגיה סולארית נלכדת ומועברת למבנים פוטוסינתטיים אחרים.

ישנם מספר סוגים של כלורופיל. כלורופיל א 'נמצא בצמחים ואצות. סוג b נמצא בצמחים ובאצות ירוקות. מצד שני, כלורופיל C קיים בדינופלגלטים ובסוג d, מוחזקת על ידי ציאנובקטריה.

קרוטנואידים

כמו פיגמנטים פוטוסינתטיים אחרים, הקרוטנואידים תופסים אנרגיית אור. עם זאת, בנוסף לכל אלה, הם תורמים להפצת קרינה נספגת עודפת.

קרוטנואידים חסרי יכולת להשתמש ישירות באנרגיית אור לצורך פוטוסינתזה. אלה מעבירים את האנרגיה הספוגה לכלורופיל, וזו הסיבה שהם נחשבים לפיגמנטים אביזרים.

סביבות קיצוניות

Tardigrades, פילום הידוע ביכולתו לשרוד בסביבות גסות מאוד. מקור: ווילו גבריאל, מעבדת גולדשטיין, באמצעות ויקימדיה

הרבה כימואוטוטרופים רבים, כולל חיידקים מזרימים, מופצים באגמים, בים ובשטח. עם זאת, חלק אחר נוטים לחיות במערכות אקולוגיות לא שגרתיות, שם ישנם הכימיקלים הדרושים לביצוע חמצון.

לדוגמא, החיידקים החיים ב הרי געש פעילים מחמצנים את הגופרית כדי להכין את מזונם. כמו כן, בפארק הלאומי ילוסטון, בארצות הברית, ישנם חיידקים שנמצאים במעיינות חמים. כמו כן, חלקם חיים עמוק בתוך האוקיאנוס, קרוב לאוורור הידרותרמי.

באזור זה מחלחלים מים דרך נקיק הסלעים החמים. זה גורם לשילוב של מינרלים שונים במי הים וביניהם מימן גופרתי המשמש את החיידקים לכימוסינתזה.

שלבים של תזונה אוטוטרופית

באופן כללי, תזונה אוטוטרופית מתפתחת בשלושה שלבים. אלו הם:

מעבר הממברנה ותפיסת האנרגיה

בתהליך זה, מולקולות אנאורגניות מופחתות, כמו אמוניה, ומולקולות אורגניות פשוטות, כמו מלחים, מים ופחמן דו חמצני, עוברות דרך קרום התא החדיר למחצה, מבלי לגרום לתא כל הוצאה אנרגטית.

לעומת זאת, באורגניזמים פוטו-אוטוטרופיים נלכדת אנרגיית אור, שהיא המקור המשמש לביצוע תהליך הפוטוסינתזה.

חילוף חומרים

במהלך תזונה אוטוטרופית, קבוצה של תגובות כימיות מתרחשת בציטופלסמה של התא. כתוצאה מתהליכים אלו מתקבלת האנרגיה הביוכימית שתשמש את התא לביצוע תפקידיו החיוניים.

הַפרָשָׁה

שלב אחרון זה מורכב מחיסול, דרך קרום התא החדיר למחצה, של כל מוצרי הפסולת המגיעים ממטבוליזם תזונתי.

סוגים

אם ניקח בחשבון את סוג מקור האנרגיה המשמש, תזונה אוטוטרופית מסווגת בשתי אופנים, פוטו-אוטוטרופית וכימואוטוטרופית.

תמונות אוטוטרופות

פוטו-אוטוטרופים הם אורגניזמים המקבלים את האנרגיה לייצור תרכובות אורגניות מאור השמש, תהליך המכונה פוטוסינתזה. אצות ירוקות, צמחים וכמה חיידקים פוטוסינתטיים שייכים לקבוצה זו.

פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים ויש לה שני שלבים. הראשון הוא הקל. בכך יש דיסוציאציה של מולקולת המים, שלשמה משתמשים אנרגיית אור. התוצר של שלב זה הם מולקולות ATP ו- NADPH.

אנרגיה כימית זו משמשת בשלב השני של התהליך, המכונה השלב האפל. זה מתרחש בסטרומה של כלורופלסטים ומקבל שם זה מכיוון שהוא אינו דורש אנרגיית אור לצורך התהליכים הכימיים.

NADPH ו- ATP, תוצר משלב האור, משמשים לסינתזה של חומר אורגני, כמו גלוקוז, תוך שימוש בפחמן דו חמצני, סולפטים וניטריטים וחנקות כמקור לחנקן.

כימותרפיה

ניטרובקטר הוא סוג של חיידקים כימוטרופיים

אורגניזמים כימוטוטרופיים, המיוצגים על ידי חיידקים, מסוגלים להשתמש בתרכובות אנאורגניות מופחתות כבסיס למטבוליזם נשימתי.

באותו אופן כמו פוטו-אוטוטרופים, קבוצה זו משתמשת בפחמן דו-חמצני (CO2) כמקור העיקרי לפחמן, כשהוא נטמע באותה דרך על ידי תגובות מחזור קלווין. עם זאת, בניגוד לאלה, כימותרפיה לא משתמשת באור שמש כמקור אנרגיה.

האנרגיה שהם דורשים היא תוצר של חמצון של כמה תרכובות אורגניות מופחתות, כמו מימן מולקולרי, ברזל ברזלי, מימן גופרתי, אמוניה, וצורות שונות של גופרית מופחתת (H2S, S, S2O3-).

נכון לעכשיו, כימואוטוטרופים נמצאים בדרך כלל במים עמוקים, בהם אור השמש כמעט אפס. רבים מהאורגניזמים הללו צריכים לחיות סביב פתחי אוורור געשיים. בדרך זו הסביבה חמה מספיק כדי שהתהליך המטבולי יתרחש בקצב גבוה.

דוגמאות לדברים חיים בתזונה אוטוטרופית

הצמחים

עם מעט יוצאים מן הכלל, כמו נוגה פליפ (Dionaea muscipula) שיכולה ללכוד ולעכל חרקים על ידי פעולה אנזימטית, כל הצמחים הם באופן אוטוטרופי בלבד.

אצות ירוקות

אצות ירוקות הינן קבוצה פרפילטית של אצות, הקשורות באופן הדוק לצמחי אדמה. ישנם כיום יותר מ- 10,000 מינים שונים. בדרך כלל הם חיים בבתי גידול שונים של מים מתוקים, למרות שניתן למצוא אותם בחלק מהימים בכוכב הלכת.

בקבוצה זו יש פיגמנטים כמו כלורופיל a ו- b, קסנטופיליות, β-קרוטן וכמה חומרים רזרביים, כמו עמילן.

דוגמאות:

- Ulva lactuca, המכונה למילה, הוא אצות ירוקות הגדלות באזור הבין-זמני של הרוב המכריע של האוקיינוסים. יש לו עלים ארוכים במיוחד, עם קצוות מפותלים, המעניקים לו מראה חסה.

מין זה נמצא בקבוצה של אצות אכילות. בנוסף, הוא משמש בתעשיית הקוסמטיקה, בייצור מוצרי לחות.

- אאוראוס של וולווקס חי במים מתוקים ויוצר מושבות כדוריות של בערך 0.5 מילימטרים. אשכולות אלה מורכבים מכ- 300 עד 3200 תאים, המחוברים זה בזה באמצעות סיבי פלזמה. עמילן מצטבר בכלורופלסטים ויש להם פיגמנטים פוטוסינתטיים כמו כלורופיל a, b ו- ß- קרוטן.

ציאנו-בקטריה

ציאנו-בקטריות היו ידועות בעבר בשמות הכלורוקסיבקטריה, אצות כחולות-ירוקות ואצות כחולות-ירוקות. הסיבה לכך היא שיש בה פיגמנטים של כלורופיל, שנותנים לו את הגוון הירוק הזה. כמו כן, יש להם מורפולוגיה הדומה לאצות.

אלה הם פילם של חיידקים, המורכב מהפרוקריוטים היחידים עם יכולת להשתמש באור השמש כאנרגיה ומים כמקור לאלקטרונים לפוטוסינתזה.

חיידקי ברזל (

החיידק Acidithiobacillus ferrooxidans מקבלים אנרגיה מברזל ברזלי. בתהליך זה, אטומי הברזל הבלתי מסיסים במים מומרים לצורה מולקולרית מסיסה במים. זה איפשר להשתמש במין זה כדי לחלץ ברזל מכמה מינרלים, שם לא ניתן היה להסירם באופן קונבנציונאלי.

חיידקי גופרית חסרי צבע

חיידקים אלה הופכים מימן גופרתי, תוצר של פירוק חומר אורגני, לסולפט. תרכובת זו משמשת צמחים.

הפניות

1. Boyce A., Jenking CM (1980) תזונה אוטוטרופית. בתוך: מטבוליזם, תנועה ושליטה. התאושש מ- link.springer.com.
2. אנציקלופדיה בריטניקה (2019). מטבוליזם אוטוטרופי. התאושש מ- britannica.com
3. קים רוטילד, מליסה מקדניאל, דיאן בודריו, טרה ראמרופ, סנטאני טנג, ארין שפרוט, הילרי קוסטה, הילרי הול, ג'ף האנט (2011). אוטוטרוף. התאושש מ- nationalgeographic.org.
4. פ. סייג '(2008). אוטוטרופים. התאושש מ- sciencedirect.com.
5. מנריקה, אסטבן. (2003). פיגמנטים פוטוסינתטיים, משהו יותר מלכידת אור לפוטוסינתזה. התאושש מ- researchgate.net.
6. מרטין אלטידו (2018). סוגים תזונתיים של חיידקים. התאושש מ- sciencing.com.