АВТОТРОФНЕ ТА ГЕТЕРОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ
Усе живе виникає в результаті біопродукційного процесу та є наслідком життєдіяльності організмів: живлення та розмноження рослин, тварин або мікроорганізмів. Завдяки біопродукцій-ному процесу існують екосистеми та біосфера Землі.
При багатьох рисах подібності живі організми несхожі за способами створення органічної речовини та джерел отримання сировини та енергії, що необхідні для цього процесу.У світі живих істот (за всього їх різноманіття) реалізується два основні докорінно різні типи живлення - автотрофне та гетеротрофне. Організми з автотрофним типом живлення використовують для побудови свого тіла неорганічні речовини, перетворюючи їх в органічні сполуки за рахунок зовнішніх джерел енергії. Організми з гетеротрофним живленням не здатні до самостійного синтезу органічних речовин, вони отримують їх у готовому вигляді. Гетеротрофи тільки перетворюють їх у специфічні органічні речовини свого тіла.
У суто хімічному плані автотрофне живлення полягає в утворенні великих молекул органічних сполук з окремих атомів хімічних елементів або простих молекул неорганічних сполук. Так, наприклад, зелені рослини в ході процесу живлення з ізольованих атомів вуглекислого газу CO2 та іонів мінеральних речовин (N03~, NH4+, K+, PO4 3 та ін.) утворюють макромолекули органічних речовин. Таким чином, автотрофне живлення - це немов процес агрегування атомів у макромолекули, з яких складається жива речовина. Він вимагає обов’язкового притоку енергії. Без нього автотрофне живлення неможливе.
У живих організмів з автотрофним живленням у процесі еволюції виробилися два біохімічні механізми, які здатні забезпечувати їх енергією, - фотосинтез та хемосинтез.
Фотосинтез - це процес утворення органічних речовин за рахунок використання енергії сонячної радіації. У фотосинте-зуючих організмів для поглинання сонячної радіації сформувався комплекс пігментів, головним серед яких є хлорофіл.
Хлорофіл має здатність поглинати кванти сонячної енергії та направляти їх на синтез органічної речовини. Хлорофіл має зелений колір, і тому вся група живих організмів, що мають хлорофіл, складають світ зелених рослин. Усі зелені рослини є автотрофами, і всі вони використовують енергію сонячного світла для забезпечення свого живлення.Принципова схема фотосинтезу наведена на рис. 7.1. Цей процес може бути виражений сумарним хімічним рівнянням
Процес фотосинтезу веде до накопичення вільної енергії AG у кількості 470 кДж/моль.
При фотосинтезі не тільки утворюються органічні речовини, а й відбувається виділення кисню. Спеціалісти з геохімії встановили, що первинна атмосфера нашої планети мала відновлюваль-ний характер. До її складу входили азот, окис вуглецю, водень та інші гази. Вільний кисень у ній був зовсім відсутній. Надходження кисню до атмосфери Землі почалося тільки з моменту виникнення (це відбулося приблизно 3 млрд. років тому) зелених автотрофних рослин, які проводили фотосинтез. За час існування зелених рослин в атмосфері накопичилося 20,95% кисню.
Хемосинтез - це також процес утворення органічних речовин, але в цьому випадку як джерело енергії використовуються деякі типи хімічних реакцій, при яких виділяється енергія Хемосинтез здійснюють лише мікроорганізми. Він був відкритий в 1887-1890-х роках СМ. Виноградським. Як джерело енергії хе-мотрофи використовують прості неорганічні сполуки сіркнг, заліза
або азоту, які при окисненні дають вільну енергію. Процес отримання енергії при хемосинтезі відбувається за такими схемами:
NH3 + 02 -> HN03 + 83,5 ккал H2S + 02 -> H2S04 + 159 ккал FeC03 + 02 -» Fe(OH)3 + 40
«гкал
Відповідно мікроорганізми, які використовують ту чи іншу з цих трьох екзотермічних реакцій, називаються азотобактеріями, сіркобактеріями або залізобактеріями.
Гетеротрофне живлення принципово відрізняється від автотрофного тим, що організми, які реалізують його, будують своє тіло з готових органічних сполук. Енергію, необхідну для засвоєння та перетворення цих речовин, вони отримують за рахунок окиснення цих же органічних сполук. За таких обставини біо-продукційний процес гетеротрофних організмів не веде до збільшення живої речовини на Землі. Він тільки збільшує різноманіття форм живої матерії.
7.2.