Что такое гетеротрофное питание и как питаются гетеротрофы
. Чем гетеротрофное питание отличается от автотрофного
Лиса, поедающая рыбу, — пример гетеротрофного питания у хищных животных: организм получает энергию и органические вещества, потребляя другой живой организм
Что это за тип питания, какими бывают гетеротрофы и чем они отличаются от автотрофов — разбираемся в этом материале.
Что такое гетеротрофное питание
Гетеротрофное питание — это тип питания, при котором организм получает органические вещества, необходимые для жизни, из других организмов или их останков [1]. То есть гетеротрофы не способны самостоятельно синтезировать органические соединения из неорганических, как это делают автотрофы (например, растения в процессе фотосинтеза). В экосистеме гетеротрофы занимают позиции консументов (потребителей) и редуцентов (разрушителей). К ним относятся животные, грибы, большинство бактерий и многие протисты [2]. Человек — тоже гетеротроф. Примеры гетеротрофного питания:
- животные, поедающие растения или других животных;
- грибы, разлагающие мертвую органику;
- бактерии, питающиеся органическими веществами в почве или воде.
Как питаются гетеротрофы
Человек — гетеротроф: он получает энергию и необходимые вещества из готовой органической пищи
У гетеротрофов нет возможности преобразовывать неорганические вещества в органические, поэтому они вынуждены полагаться на готовые органические соединения. Способы получения этих соединений, а также их состояние лежат в основе различных классификаций гетеротрофных организмов. Есть несколько критериев, по которым их различают [3].
По способу питания
- Фаготрофы (голозойное питание) — гетеротрофы, которые заглатывают твердые частицы пищи целиком или крупными фрагментами. Пища затем переваривается внутри организма. К фаготрофам относятся большинство животных, некоторые протисты (инфузории) и отдельные виды бактерий. Например, волк, поедающий зайца, или амеба, заглатывающая бактерию.
- Осмотрофы (голофитное питание) всасывают растворенные органические вещества через поверхность тела. Процесс осуществляется путем диффузии, активного транспорта или другими механизмами переноса веществ через клеточную мембрану. К осмотрофам относятся грибы, многие бактерии и некоторые протисты. Например, грибница, всасывающая питательные вещества из почвы.
По состоянию пищи
1. Биотрофы (зоофаги, фитофаги, бактерии) питаются живой органикой. Они могут быть хищниками, паразитами и симбионтами:
- хищники охотятся на других животных и убивают их для питания. Например, лев, охотящийся на зебру;
- паразиты живут на или внутри другого организма (хозяина) и питаются его соками и тканями, причиняя ему вред. Например, клещ, сосущий кровь млекопитающего;
- симбионты живут в тесном взаимодействии с другим организмом, получая от него пищу и предоставляя взамен какую-либо выгоду. Например, клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений и фиксирующие азот из воздуха.
2. Сапрофиты (детритофаги, некрофаги, копрофаги) разлагают мертвую органику, выделяя ферменты, расщепляющие сложные органические соединения на более простые, которые затем всасываются клетками организма. Это многие бактерии и грибы.
Имейте в виду, что один и тот же организм может проявлять признаки разных типов гетеротрофного питания в зависимости от обстоятельств. Например, некоторые грибы могут вести себя как сапротрофы, разлагая мертвую органику, а при определенных условиях могут переходить к паразитизму, питаясь живыми растениями.
По роли в круговороте веществ среди гетеротрофов выделяют консументов, перерабатывающих органическое вещество, и редуцентов, разлагающих мертвое органическое вещество до минерального [4]. Консументы, в свою очередь, классифицируются по источнику пищи на зоофагов (плотоядные), фитофагов (растительноядные), паразитов (питаются за счет хозяина) и симбиотрофов (получают выгоду от сотрудничества с другими организмами).
Чем гетеротрофное питание отличается от автотрофного
Автотрофное питание — это способ питания, при котором организмы самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических соединений, используя энергию света (фотоавтотрофы) или энергию химических реакций (хемоавтотрофы) [5]. Автотрофы сами «производят» себе пищу, в то время как гетеротрофы вынуждены потреблять уже готовые органические вещества:
- автотрофы используют неорганический углерод (CO2), гетеротрофы — органический углерод;
- автотрофы используют энергию света (фотосинтез) или химических реакций (хемосинтез), гетеротрофы — энергию, содержащуюся в органических веществах;
- автотрофы синтезируют органические вещества самостоятельно, гетеротрофы потребляют готовые органические вещества;
- автотрофы являются первичными продуцентами, формирующими начало пищевой цепи, гетеротрофы — консументами (потребителями) и редуцентами (деструкторами), занимающими различные уровни пищевой цепи.
Автотрофы в меньшей степени зависимы от других организмов, поскольку способны самостоятельно производить пищу, а гетеротрофы полностью зависят от других организмов как от источника пищи
Автотрофов делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов [6].
- Фотоавтотрофы используют энергию солнечного света для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Это растения, водоросли и некоторые бактерии (например, цианобактерии). Фотосинтез, в свою очередь, выделяет кислород, который необходим для дыхания большинства гетеротрофных организмов, включая человека.
- Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений (например, аммиака, сероводорода, железа) для синтеза органических веществ. Хемоавтотрофы обитают в основном в экстремальных условиях, где нет доступа к солнечному свету (например, в глубинах океана вблизи гидротермальных источников). Примеры хемоавтотрофов: серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии.
Примеры гетеротрофов
Представителей такого типа питания довольно много, и их делят на два вида — биотрофы и сапротрофы.
- Биотрофы — организмы, питающиеся живыми тканями других организмов. К ним относятся многие животные, а также некоторые растения и грибы. Например, кошка, корова, волк, лиса, бабочка (гусеницы), тля, псевдогриб, вызывающий фитофтору, — все они будут биотрофами. Такое питание предполагает активное взаимодействие с живым организмом, будь то охота, пастьба или паразитизм.
- Сапротрофы — организмы, питающиеся мертвой органикой (останками растений и животных, экскрементами). Например, бактерии гниения, плесневые грибы, дождевые черви, навозные жуки, некоторые виды падальных мух. Сапротрофное питание лежит в основе почвообразования и поддержания плодородия почвы.
Хищники — подгруппа биотрофов, активно добывающие себе пищу, убивая других животных. Например, лев, тигр, ястреб, крокодил, паук-крестовик. Хищничество регулирует численность популяций других животных в экосистемах.
Плесень на поверхности мандарина иллюстрирует сапротрофное питание гетеротрофных грибов
Паразиты — еще одна подгруппа биотрофов, живущих за счет другого организма (хозяина) и использующих его как источник питания и место обитания, при этом, как правило, причиняя вред хозяину. Паразиты могут быть как животными (глисты, клещи, блохи), так и растениями (повилика) или грибами (трутовики).
Растительноядные животные (травоядные) — тоже биотрофы, которые питаются исключительно растениями. Они обладают специальной пищеварительной системой, приспособленной для переваривания растительной пищи. А еще есть детритофаги — организмы, питающиеся детритом (мелкими частицами органического вещества, например опавшими листьями, мертвыми водорослями): морские черви, рачки-бокоплавы, личинки комаров-дергунов, некоторые виды моллюсков. Детритофаги способствуют очищению водоемов и почв от органических загрязнений.
Кстати, некоторые организмы могут сочетать разные типы гетеротрофного питания в зависимости от условий и доступности пищи. Например, всеядные животные (медведи, свиньи, крысы) могут питаться как растительной, так и животной пищей, а некоторые грибы могут быть как сапротрофами, так и паразитами.
Частые вопросы
Разобрали еще пару важных вопросов о гетеротрофном питании.
— Как питаются паразитические гетеротрофы?
— Паразитические гетеротрофы — уникальная группа, представители которой извлекают необходимые для жизни вещества из живых тканей других организмов [7]. Способы питания паразитов поражают своим разнообразием и эволюционной адаптацией. Одни, например кровососущие насекомые, обладают специализированными ротовыми аппаратами для прокола кожи и высасывания крови хозяина. Другие, как многие кишечные гельминты, поглощают уже переваренную пищу, находящуюся в пищеварительном тракте хозяина, используя для этого специальные органы прикрепления, чтобы не быть выведенными из организма. Растения-паразиты, такие как повилика, проникают в сосудистую систему других растений и питаются их соками. Грибы-паразиты, например головня, проникают в ткани растений и используют их питательные вещества для своего роста и размножения.
Многие паразиты обладают сложными механизмами, позволяющими избежать иммунного ответа хозяина или подавить его иммунную систему. Некоторые из них выделяют специальные вещества, которые изменяют метаболизм хозяина в свою пользу, обеспечивая себе более доступные источники питания.
— Может ли один организм быть и автотрофом, и гетеротрофом?
— Существуют организмы, которые проявляют признаки как автотрофии, так и гетеротрофии, — миксотрофы [8]. Они способны использовать как автотрофные, так и гетеротрофные способы получения энергии и питательных веществ, в зависимости от условий окружающей среды. Например, некоторые виды водорослей могут осуществлять фотосинтез при достаточном освещении, а в темноте переключаться на гетеротрофное питание, поглощая органические вещества из воды.
Яркий пример — эвглена зеленая, одноклеточный организм, способный к фотосинтезу на свету и поглощению органических веществ в темноте. Такое переключение позволяет эвглене выживать в различных условиях. Аналогичные свойства наблюдаются у некоторых бактерий, например серобактерий, способных как к хемоавтотрофии, так и к гетеротрофии. Даже среди грибов есть примеры сочетания гетеротрофного питания (разложение мертвой органики) и симбиотических отношений с растениями, где гриб получает органику, но способствует минеральному питанию растения. Эта стратегия позволяет организмам адаптироваться к разным условиям, расширяя возможности выживания и демонстрируя гибкость жизни.
Эндосимбиоз — явление, при котором один организм живет внутри другого и вступает с ним во взаимовыгодные отношения [9]. Это понятие также размывает границы между автотрофией и гетеротрофией. Хлоропласты в клетках растений произошли от цианобактерий, которые когда-то были самостоятельными организмами, способными к фотосинтезу. В процессе эволюции цианобактерии стали неотъемлемой частью клеток растений, передавая им способность к автотрофии.
То есть большинство организмов можно отнести либо к автотрофам, либо к гетеротрофам, но есть исключения. Способность переключаться между автотрофным и гетеротрофным питанием может быть важным эволюционным преимуществом, которое помогает организмам выживать в меняющихся условиях окружающей среды.
— Может ли гетеротроф стать автотрофом?
— Превращение гетеротрофа в автотрофа невозможно из-за фундаментальных различий в клеточном строении [10]. Автотрофы, в отличие от гетеротрофов, обладают специализированными органоидами, такими как хлоропласты, содержащие хлорофилл, которые позволяют им осуществлять фотосинтез и самостоятельно производить органические вещества. Гетеротрофные организмы не имеют этих органоидов и не могут их приобрести в течение жизни, что делает невозможной их трансформацию в автотрофов.
Главное о гетеротрофном питании
- Гетеротрофное питание — способ получения энергии и строительных материалов для жизни путем употребления уже готовых органических веществ, синтезированных другими организмами.
- В отличие от автотрофов, которые могут создавать органические вещества из неорганических (например, с помощью фотосинтеза), гетеротрофы зависят от наличия готовой органики в окружающей среде.
- Гетеротрофы занимают важное место в экосистемах, выполняя роль потребителей (консументов) и разрушителей (редуцентов).
- Существует несколько основных типов гетеротрофного питания, различающихся по способу получения пищи и ее характеру. Среди них выделяют биотрофов (питающихся живыми организмами) и сапротрофов (питающихся мертвой органикой).
- Среди гетеротрофов: животные (от простейших до млекопитающих), грибы, большинство бактерий и архей — одноклеточных организмов, не имеющих ядра.
- Изучение гетеротрофного питания позволяет лучше понять принципы функционирования экосистем, закономерности круговорота веществ и энергии, а также эволюционные процессы, формирующие разнообразие живых организмов.
- Без гетеротрофов не было бы возможным разложение мертвой органики, которое обеспечивает возвращение питательных веществ в почву и воду, необходимых для роста растений и других автотрофов.
