§33. Питание организмов

Определения и обозначения

Питание — поступление веществ из окружающей среды и их использование организмом для получения энергии, роста и обновления. С пищей организм получает материал для построения клеток и вещества, которые затем превращаются в ходе обмена. Это понятие помогает увидеть, что питание — не только приём пищи, но и обеспечение всех жизненных процессов необходимыми веществами.

Автотрофное питание — способ, при котором организм образует органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических реакций. К таким организмам относятся, например, растения и некоторые бактерии. Понятие показывает, что им не обязательно получать готовое органическое вещество от другого организма: они создают его сами.

Гетеротрофное питание — получение готовых органических веществ от других организмов или из их остатков. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии. Этот термин нужен, чтобы объединить разные способы использования уже созданной органики: от поедания пищи до питания остатками.

Миксотрофное питание — сочетание автотрофного и гетеротрофного способов. Организм может образовывать органические вещества самостоятельно, но при определённых условиях использовать и готовые соединения. Это понятие помогает описать тех, кого нельзя отнести только к автотрофам или только к гетеротрофам.

Как это устроено

Все организмы нуждаются и в веществах, и в энергии: без строительного материала нельзя обновлять клетки, а без энергии не идут реакции обмена. Однако вещества и энергия могут поступать разными путями. Одни организмы синтезируют органику из неорганических соединений, другие используют уже готовую. Поэтому способы питания различают по тому, откуда берутся органический углерод и энергия.

При фотосинтезе организм улавливает световую энергию и использует её для образования органических веществ из углекислого газа и воды. Свет нужен не как строительный материал, а как источник энергии для химических превращений. Полученная органика затем служит веществом для роста и может расходоваться при клеточном дыхании. Так фотосинтезирующие организмы создают органическое вещество, доступное и другим участникам экосистем.

Хемоавтотрофы тоже создают органические соединения из неорганического углерода, но свет им для этого не требуется. Энергию они получают при химических реакциях с неорганическими веществами, например при их окислении. Такое разделение источников важно: углекислый газ даёт углерод для синтеза, а химическая реакция — энергию. Хемоавтотрофный способ встречается у некоторых бактерий.

Гетеротрофы используют готовую органику, но получают её неодинаково. Животные обычно захватывают и поедают организмы или их части, а многие грибы и бактерии поглощают вещества, образовавшиеся при разложении остатков. Паразиты получают питательные вещества за счёт живого организма-хозяина. Во всех случаях источником органического вещества служит уже созданная органика, хотя путь её получения различается.

Миксотрофия даёт организму возможность сочетать разные источники органических веществ и энергии. Например, некоторые одноклеточные организмы на свету фотосинтезируют, а при недостатке света поглощают готовые органические соединения. Такое сочетание помогает использовать доступные ресурсы при изменении условий. Поэтому при классификации миксотрофа учитывают не один признак, а его способность переключаться между способами питания.

Основные способы питания организмов

Сначала определите, откуда организм получает углерод и органическое вещество, затем выясните источник энергии. Это позволяет отличить фотосинтез от хемосинтеза: источник углерода у них общий по типу, а источник энергии разный. Если организм использует оба способа получения органики, его относят к миксотрофам.

Разбор задач

Задача 1. Растения, животные и хемосинтезирующие бактерии

Распределите растения, животных и хемосинтезирующие бактерии по способу питания и укажите признак, по которому сделан выбор. Нужно выяснить, образует ли организм органические вещества сам или получает их в готовом виде. Для автотрофов дополнительно уточняют, какая энергия обеспечивает синтез. Поэтому одного названия группы недостаточно: важно применить признак к каждому примеру.

1. Растения образуют органические вещества из неорганических при использовании света — это автотрофы, осуществляющие фотосинтез.
2. Животные получают готовую органику, поедая другие организмы или их части, — это гетеротрофы.
3. Хемосинтезирующие бактерии синтезируют органику из неорганического углерода, получая энергию химических реакций, — это хемоавтотрофы.

Ответ: растения — фотоавтотрофы, животные — гетеротрофы, хемосинтезирующие бактерии — хемоавтотрофы. Признак выбора — источник органических веществ, а у автотрофов также источник энергии.

Задача 2. Бактерия окисляет неорганические вещества

Бактерия получает энергию при окислении неорганических веществ, а органические соединения синтезирует из углекислого газа. Определите тип питания. Здесь описаны два разных признака: способ получения энергии и источник углерода. Если объединить их в один, легко ошибочно назвать бактерию гетеротрофом только потому, что она получает энергию при реакции окисления.

1. Углекислый газ — неорганический источник углерода, из которого бактерия строит органические соединения.
2. Энергия поступает не от света, а при химическом окислении неорганических веществ.
3. Сочетание синтеза органики из неорганических веществ с химическим источником энергии означает хемоавтотрофию.

Ответ: бактерия — хемоавтотроф. Окисление объясняет источник энергии, а синтез органических веществ из углекислого газа — автотрофный источник углерода.

Задача 3. Одноклеточный организм использует свет и готовую органику

На свету одноклеточный организм образует органические вещества, а при недостатке света поглощает готовые органические соединения. Объясните его способ питания. Описание включает два режима, поэтому нельзя классифицировать организм только по условиям, в которых он находится сейчас. Нужно учесть обе способности, указанные в задаче.

1. Образование органики на свету указывает на автотрофный способ питания, связанный с фотосинтезом.
2. Поглощение готовых органических соединений означает, что организм может питаться гетеротрофно.
3. Сочетание автотрофного и гетеротрофного способов определяет миксотрофию.

Ответ: организм миксотрофный. Он способен менять способ получения органики в зависимости от доступности света и готовых соединений.

Типичные ошибки

Автотрофов иногда считают организмами, которые питаются готовыми веществами, потому что они тоже поглощают воду и минеральные соединения. Однако эти вещества не являются готовой органикой: автотрофы синтезируют её сами. Ошибку допускают, смешивая поглощение любых веществ с получением пищи в смысле готовых органических соединений. Проверьте себя вопросом: организм получает органику извне или строит её из неорганических веществ?

Ещё одна ошибка — путать источник энергии и источник углерода. Например, у хемоавтотрофа энергия связана с химической реакцией, а углерод для органических соединений поступает из неорганического источника. Эти признаки отвечают на разные вопросы, поэтому записывайте их отдельно. Самопроверка: назовите отдельно, откуда берётся энергия и откуда берётся углерод.

Гетеротрофное питание иногда отождествляют только с поеданием пищи. Так можно пропустить грибы и микроорганизмы, которые поглощают вещества из остатков, или паразитов, получающих их за счёт хозяина. Ошибка возникает, если рассматривать только привычный способ питания животных. Проверьте себя: использует ли организм готовое органическое вещество, даже если он не поедает целый организм?

Неверно думать, что фотосинтез и хемосинтез различаются источником углерода. В обоих случаях органические вещества образуются с использованием неорганического углерода, но энергия поступает по-разному. Эту путаницу вызывает сходный результат двух процессов — синтез органики. Чтобы проверить ответ, сравните не продукт, а источник энергии: свет или химическая реакция.

Связь с другими темами

Для понимания питания нужно различать органические и неорганические вещества и представлять, зачем клетке энергия. Питание связано с фотосинтезом, который создаёт органическое вещество, и клеточным дыханием, при котором вещества превращаются с высвобождением энергии. Способы питания помогают разбираться в пищевых цепях: они показывают, откуда участники экосистем получают органику. Через питание и разложение остатков организмы также участвуют в круговороте веществ.

Что запомнить

• Питание обеспечивает организм веществами и энергией.
• Автотрофы образуют органические вещества из неорганических.
• Фотосинтез использует энергию света.
• Хемосинтез использует энергию химических реакций.
• Гетеротрофы получают готовые органические вещества.
• Миксотрофы сочетают разные способы питания.