В биологии существует множество терминов, которые помогают нам лучше понять и описать разнообразие живых организмов. Эволюция поделила все живые организмы по энергетическому принципу на две основные категории: автотрофов и гетеротрофов. Когда речь заходит о бактериях, многие привыкли считать их исключительно потребителями готовой органики. Но верно ли утверждение, что все бактерии гетеротрофы? Давайте разберемся в этом вопросе подробно.
Определения: кто такие автотрофы и гетеротрофы?
Прежде чем ответить на главный вопрос, необходимо дать четкие определения основным типам питания:
- Автотрофы (от греческого авто, сам и трофе — пища) — это организмы, которым свойственно питание неорганическими веществами простейшей структуры (водород, азот, углерод и другие). Из них бактерия или растение самостоятельно создает сложные органические конструкции для своей жизнедеятельности;
- Гетеротрофы (от греческого гетеро — разный, иной) — это организмы, которые нуждаются в готовых органических элементах для своего питания. Они не могут синтезировать органику из углекислого газа и требуют внешних источников углерода.
Ответ на главный вопрос
Так являются ли все бактерии гетеротрофами? Ответ: категорически НЕТ.
По типу питания бактерии подразделяют на две большие группы: автотрофы, которые способны сами синтезировать органику, и гетеротрофы. Утверждать, что все бактерии получают углерод из органических веществ — значит игнорировать огромный и важнейший пласт микробного мира;
Автотрофные бактерии: независимые созидатели
Автотрофные бактерии производят энергию и органическое вещество без использования готовой органики. В зависимости от используемого источника энергии автотрофные бактерии подразделяются на две ключевые группы:
Фотосинтетики (фототрофы)
Эти бактерии используют энергию солнечного света для синтеза органических веществ из углекислого газа. Важно отметить, что все фототрофы-эукариоты (например, растения) одновременно являются автотрофами, но среди прокариот (бактерий) фотосинтез также широко распространен (например, цианобактерии, или сине-зеленые водоросли).
Хемосинтетики (хемотрофы)
Эти уникальные организмы извлекают энергию не из света, а из химических реакций окисления неорганических веществ. Хемотрофные бактерии являются автотрофами и играют колоссальную роль в круговороте веществ в природе. Примерами таких автотрофов являются:
- Серобактерии, окисляют соединения серы;
- Железобактерии — окисляют соединения железа;
- Нитрифицирующие бактерии, окисляют аммиак и нитриты.
Автотрофы, использующие хемосинтез (такие, как описанные выше глубоководные бактерии), являются одним из последних и самых удивительных примеров автотрофов в пищевой цепи. Многие хемосинтетические микроорганизмы потребляются другими организмами в океане, и симбиотические ассоциации между этими организмами и дышащими гетеротрофами довольно распространены.
Гетеротрофные бактерии: потребители органики
Несмотря на наличие автотрофов, большинство известных нам бактерий относятся к гетеротрофам. В отличие от автотрофных бактерий, гетеротрофные бактерии получают энергию путём переваривания органических соединений. Многие микроорганизмы нуждаются в тех или иных аминокислотах (одной или нескольких), поскольку они не могут их самостоятельно синтезировать (например, клостридии).
Гетеротрофные бактерии, в свою очередь, делятся на несколько экологических групп:
Сапротрофы (сапрофиты)
Бактерии-сапрофиты (от греч. сапрос — гнилой, трофе — пища) питаются мёртвыми остатками живых организмов. Это наиболее распространённая группа гетеротрофных бактерий. Они являются редуцентами, завершающими круговорот веществ. Так, при разложении мертвого дерева можно выделить несколько стадий смен гетеротрофов: расщепив сложные молекулы целлюлозы, бактерии извлекают необходимую энергию и углерод.
Паразиты
Эти гетеротрофы живут внутри или на поверхности живых организмов, питаясь их тканями и вызывая различные заболевания. К ним относятся многие болезнетворные бактерии.
Симбионты
Бактерии, которые питаются за счет другого организма, но при этом приносят ему пользу. Классический пример — клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений.
Взаимосвязь автотрофов и гетеротрофов
Несмотря на различия, гетеротрофы и автотрофы очень тесно связаны между собой. Автотрофы являются продуцентами питательных веществ для гетеротрофов. Первые (гетеротрофы) полностью зависят от вторых (автотрофов), так как без них в экосистеме не образовывалась бы органика. В то же время обе группы испытывают одинаковые базовые потребности в водоснабжении, питании (в широком смысле элементов), кислороде (для аэробов) или его отсутствии (для анаэробов), а также определенные температурные условия.
Краткая классификация для запоминания
Чтобы легко ориентироваться в типах питания бактерий, можно использовать следующую схему:
- Автотрофы (синтезируют все углеродсодержащие вещества из СО2):
- Фотосинтетики (используют свет);
- Хемосинтетики (используют энергию химических реакций).
- Гетеротрофы (используют в качестве источника углерода органические вещества):
- Сапротрофы (питаются мертвой органикой);
- Паразиты (питаются за счет живого хозяина);
- Симбионты (обмен веществ с хозяином с обоюдной пользой).