§ 20. Типы питания организмов. Минеральное питание

Определения и обозначения

Автотрофное питание — использование организмом неорганических веществ как источника углерода с последующим синтезом органических веществ. Проще говоря, автотроф сам производит органические соединения, а не получает их в готовом виде. Это понятие помогает определить, откуда организм берёт материал для построения своего тела.

Гетеротрофное питание — получение готовых органических веществ от других организмов или из продуктов их жизнедеятельности. Такие соединения служат материалом для роста и обмена веществ. Понятие показывает, что гетеротрофу необходима органическая пища, уже созданная другим организмом.

Минеральное питание — поступление в организм необходимых неорганических веществ, прежде всего минеральных ионов. Ионы — это электрически заряженные частицы, растворённые в воде. Термин нужен, чтобы отличать усвоение таких веществ от получения органической пищи.

Макроэлементы и микроэлементы — элементы, нужные организму соответственно в относительно больших и малых количествах. Это разделение связано именно с потребностью организма, а не с важностью элемента. Оно помогает понять, почему даже очень небольшое количество некоторых веществ необходимо для нормальной жизни.

Как это устроено

Автотрофам для синтеза органических веществ нужен углерод из углекислого газа, а гетеротрофам — из готовых органических соединений. Причина различия в том, что углерод является основой многих органических молекул, но организмы получают его разными путями. Автотроф превращает неорганический углерод в органический, а гетеротроф перерабатывает уже созданные другими организмами вещества. Поэтому тип питания определяют прежде всего по источнику углерода, а не по тому, откуда организм получает воду или минеральные соли.

Автотрофам требуется энергия, чтобы создавать органические молекулы из неорганических. Фотоавтотрофы получают её от света, а хемоавтотрофы — при химических реакциях с участием неорганических веществ. В обоих случаях энергия используется для синтеза, но её источник различается. Значит, автотрофность описывает источник углерода и способ создания органических веществ, а приставка «фото-» или «хемо-» указывает на источник энергии.

У наземных растений минеральные элементы обычно находятся в почвенной воде в растворённом виде. Корни поглощают ионы вместе с водой, потому что так вещества могут попасть внутрь клеток и перемещаться по растению. Затем они движутся по проводящим тканям к стеблям, листьям и другим органам. Поступление через корни связывает состав почвы с обеспеченностью растения необходимыми элементами.

Растения не поглощают все вещества из почвы одинаково: корни избирательно усваивают необходимые ионы. Каждый элемент участвует в определённых процессах, например в построении молекул или работе клеток. Если нужного элемента мало, именно связанные с ним процессы нарушаются, что может отразиться на росте и внешнем виде растения. Поэтому признаки дефицита помогают предположить, какого вещества не хватает, хотя для проверки нужны дополнительные наблюдения.

Элементы различаются по количеству, которое требуется организму. Макроэлементы нужны в сравнительно больших количествах, а микроэлементы — в малых. Такое различие не означает, что микроэлемент можно считать необязательным: он может участвовать в важных реакциях даже при очень низком содержании в организме. Если необходимого элемента не хватает, нормальная жизнедеятельность нарушается независимо от того, относится он к макро- или микроэлементам.

Сравнение типов питания организмов

Сначала сравните источник углерода, а затем выясните, получает организм готовую органику или создаёт её сам. Столбец о энергии отвечает на отдельный вопрос: за счёт чего идёт синтез или обмен веществ. Если организм сочетает разные способы получения веществ, его питание называют миксотрофным.

Разбор задач

Задача 1. Определите тип питания зелёного растения, которое на свету образует органические вещества из углекислого газа и воды. Нужно установить, откуда поступает углерод, и отдельно учесть источник энергии.

1. Углерод для органических веществ поступает из углекислого газа. CO₂ — неорганическое соединение, следовательно, растение использует неорганический источник углерода.
2. Растение образует органические вещества самостоятельно из неорганических. Это основной признак автотрофного питания, а не получения готовой органики.
3. В условии сказано, что процесс идёт на свету. Значит, энергия для синтеза поступает от света, и организм относится к фотоавтотрофам.

Ответ: растение питается автотрофно; точнее, это фотоавтотроф, использующий энергию света.

Задача 2. Сравните питание гриба и цианобактерии: укажите, откуда каждый получает углерод и органические вещества. Важно рассмотреть оба организма отдельно, не принимая наличие органических веществ в их клетках за доказательство одинакового питания.

1. Гриб получает углерод вместе с готовыми органическими веществами. Он использует вещества других организмов или продукты их жизнедеятельности, поэтому его питание гетеротрофное.
2. Цианобактерия может использовать углерод из CO₂ и создавать органические вещества самостоятельно. Такой источник углерода и собственный синтез соответствуют автотрофному питанию.
3. Если цианобактерия использует свет для синтеза, её называют фотоавтотрофом. Сравнение показывает, что гриб получает готовую органику, а цианобактерия образует её из неорганических веществ.

Ответ: гриб — гетеротроф, получает углерод и органические вещества из готовой органики; цианобактерия — фотоавтотроф, берёт углерод из CO₂ и синтезирует органические вещества с использованием света.

Задача 3. У растения нарушился рост после длительного выращивания в растворе без одного минерального элемента. Объясните причину и предложите способ проверки. Сам факт ухудшения роста ещё не показывает, какой именно элемент важен, поэтому опыт нужно сравнить с контролем.

1. Минеральные элементы участвуют в жизненных процессах растения, поэтому нехватка одного из них может нарушить связанные с ним процессы. Это способно вызвать замедление роста или другие признаки дефицита.
2. Для проверки выращивают два сопоставимых растения в одинаковых условиях. Одно получает полный питательный раствор, а второе — такой же раствор без исследуемого элемента.
3. Сравнивают рост и состояние растений. Если заметное нарушение появляется только у растения без элемента, а при возвращении элемента развитие улучшается, это поддерживает предположение о его необходимости.

Ответ: рост нарушился из-за возможного дефицита необходимого минерального элемента; гипотезу проверяют сравнением с растением, получающим полный раствор, при одинаковых условиях выращивания.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что автотрофы получают из среды готовые органические вещества. Так думают, потому что автотрофам действительно нужны вещества из окружающей среды, но их источник углерода — неорганические соединения, из которых они создают органику. Проверьте себя: если организм синтезирует органические вещества из неорганических, это автотрофное питание.

Ошибка — путать источник углерода с источником энергии. Углекислый газ содержит углерод, но не обеспечивает растение энергией для синтеза; энергию фотоавтотрофы получают от света. Чтобы проверить ответ, задайте два разных вопроса: «Откуда берётся углерод?» и «За счёт чего идёт процесс?»

Ошибка — представлять минеральное питание как поглощение почвы целиком. В действительности корни усваивают необходимые вещества преимущественно в виде растворённых ионов, а не захватывают всю почву. Если в ответе говорится о поглощении частиц почвы без уточнений, проверьте, не перепутаны ли субстрат и растворённые в нём вещества.

Ошибка — считать микроэлементы неважными, потому что они нужны в малых количествах. Количество показывает потребность организма, а не значимость элемента для его процессов. Для самопроверки вспомните: недостаток любого необходимого элемента способен нарушить жизнедеятельность, даже если требуется совсем немного вещества.

Связь с другими темами

Для понимания питания нужно различать органические и неорганические вещества и знать, что фотосинтез создаёт органические соединения. Тема связана с обменом веществ и дыханием: поступившие вещества используются для синтеза, а энергия необходима для работы организма. Минеральное питание помогает понять, как строение корня связано с поглощением воды и ионов. Эти знания пригодятся при изучении почвенных экосистем и способов повышения урожайности.

Что запомнить

• Автотрофы синтезируют органические вещества из неорганических.
• Гетеротрофы используют готовые органические вещества.
• Фотоавтотрофы используют энергию света, хемоавтотрофы — энергию химических реакций.
• Растения поглощают минеральные вещества преимущественно в виде ионов из почвенного раствора.
• Макро- и микроэлементы необходимы организму в разных количествах.
• Недостаток необходимого минерального элемента нарушает жизнедеятельность организма.