§33. Питание организмов

Определения и обозначения

Питание организмов — поступление и усвоение веществ, необходимых для построения тела, обмена веществ и получения энергии. В организм попадают вода, минеральные соли, газы и органические соединения. Благодаря питанию клетки растут, обновляются и поддерживают жизненные процессы.

Автотрофное питание — образование органических веществ из неорганических с использованием энергии света или химических реакций. Автотроф сам создаёт основную органику, например углеводы, из углекислого газа и воды. Это позволяет ему не зависеть от готовой пищи.

Гетеротрофное питание — получение готовых органических веществ из окружающей среды, их расщепление и усвоение. Такие вещества служат строительным материалом и источником энергии. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии.

Миксотрофное питание — сочетание автотрофного и гетеротрофного способов питания. Организм может синтезировать органику на свету, но при необходимости использовать готовые органические вещества. Такая способность помогает выживать при изменении условий среды.

Как это устроено

Для роста и восстановления клеток организму нужны вода, минеральные соли, газы и органические вещества. Углерод входит в состав белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, поэтому без его поступления невозможно построение тела. Энергия нужна для синтеза молекул, движения, транспорта веществ и поддержания постоянства внутренней среды.

По источнику углерода различают автотрофов, использующих углекислый газ, и гетеротрофов, использующих готовые органические соединения. По источнику энергии выделяют фототрофов, использующих свет, и хемотрофов, получающих энергию химических реакций. Поэтому источник углерода и источник энергии определяют независимо: например, фотоавтотроф получает углерод из CO₂, а энергию — от света.

При фотосинтезе свет поглощается пигментами, прежде всего хлорофиллом. Его энергия используется для превращения углекислого газа и воды в органические вещества, а побочным продуктом у многих организмов становится кислород. Такой процесс обеспечивает растение пищей и связывает энергию Солнца в химических связях органических молекул.

При хемосинтезе свет не нужен: энергия высвобождается при окислении неорганических веществ, например аммиака, сероводорода, водорода или соединений железа. Полученная энергия используется для синтеза органики из углекислого газа. Так питаются некоторые бактерии, включая нитрифицирующие, окисляющие соединения азота.

Гетеротрофы получают пищу разными способами: одни заглатывают частицы или целые организмы, другие поглощают растворённые вещества всей поверхностью или после внешнего расщепления пищи. Сапротрофы используют органику мёртвых остатков, а паразиты — вещества живого хозяина. Миксотрофия повышает приспособляемость, потому что организм может перейти к готовой пище при недостатке света или одновременно восполнять дефицит отдельных веществ.

Типы питания организмов

В таблице сначала определите источник углерода, затем источник энергии и характер получения пищи. Это помогает не смешивать два разных признака: углекислый газ не является источником энергии, а свет не поставляет углерод. Последняя строка показывает частный способ гетеротрофного питания.

Разбор задач

Задача 1

Цианобактерия использует свет, углекислый газ и воду для синтеза органических веществ. Нужно определить тип её питания по двум признакам. Отдельно устанавливаем источник углерода и источник энергии.

1. Углекислый газ служит источником углерода, значит организм строит органику из неорганического вещества.
2. Свет является источником энергии, поэтому организм относится к фототрофам.
3. Сочетание автотрофного источника углерода и световой энергии называют фотоавтотрофным питанием.

Ответ: цианобактерия питается фотоавтотрофно; процесс образования органики идёт при фотосинтезе.

Задача 2

Сравним нитрифицирующие бактерии и растения по источникам углерода и энергии. Оба организма создают органические вещества из неорганического углекислого газа. Различие определяется не углеродом, а способом получения энергии.

1. Растения используют CO₂ как источник углерода и свет как источник энергии.
2. Нитрифицирующие бактерии также используют CO₂, но получают энергию при окислении соединений азота.
3. Следовательно, оба организма автотрофны, однако растения фотоавтотрофны, а бактерии хемоавтотрофны.

Ответ: общий признак — автотрофное питание, различие — световая и химическая энергия соответственно.

Задача 3

Растение-хищник растёт на почве, бедной минеральными веществами, фотосинтезирует и переваривает насекомых. Нужно определить, является ли его питание только автотрофным. Учитываем не только наличие фотосинтеза, но и дополнительный источник веществ.

1. При фотосинтезе растение получает органические вещества из CO₂, поэтому проявляет автотрофный способ питания.
2. Насекомые дают соединения азота, фосфора и другие минеральные элементы после переваривания, что является гетеротрофным способом получения пищи.
3. Сочетание двух способов называют миксотрофией; оно компенсирует бедность почвы и повышает выживаемость.

Ответ: растение-хищник — миксотроф, а ловля насекомых помогает восполнить дефицит минеральных веществ, но не заменяет фотосинтез.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Автотрофами называют всех, кто поглощает неорганические вещества. Такое происходит потому, что забывают о главном признаке: автотроф ещё и синтезирует органику из неорганики. Проверка проста: найдите, откуда организм берёт углерод и создаёт ли органические вещества сам.

Ошибка 2. Источник углерода путают с источником энергии, принимая CO₂ за «топливо». Углекислый газ даёт углерод, а свет или окислительная реакция дают энергию. Назовите эти источники в двух отдельных ответах.

Ошибка 3. Растение относят к гетеротрофам из-за поглощения минеральных солей. Минералы необходимы для работы клеток, но органическая пища растения образуется главным образом при фотосинтезе. Проверьте, используется ли свет для синтеза органики из CO₂.

Ошибка 4. Миксотрофию считают постоянным третьим способом питания. На самом деле организм сочетает автотрофный и гетеротрофный способы, переключаясь между ними или используя оба одновременно. Уточните, какие условия вызывают смену способа.

Связь с другими темами

Для понимания питания нужны знания о строении клетки, органических и неорганических веществах, обмене веществ, фотосинтезе и клеточном дыхании. В экологии способы питания связывают с пищевыми цепями: продуценты создают органику, консументы потребляют её, а редуценты разлагают остатки. Позже эти знания помогут объяснить круговороты веществ, энергетический обмен и адаптации организмов к среде.

Что запомнить

• Питание обеспечивает организм веществами и энергией.
• Автотрофы синтезируют органические вещества из неорганических.
• Гетеротрофы получают готовые органические вещества.
• Фотоавтотрофы используют энергию света.
• Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ.
• Миксотрофы сочетают автотрофный и гетеротрофный способы питания.