Лекция 4

Питание организмов

4.1. Классификация организмов по способам питания

Процесс приобретения организмами энергии и вещества называется питанием. Энергия не создается и не уничтожается (закон сохранения энергии). Она существует в разнообразных формах: световой, химической, тепловой, электрической и т.д. Все формы энергии связаны взаимопереходами. Организм не может существовать без постоянного притока энергии.

Живые организмы можно классифицировать в соответствии с двумя параметрами:

- источник энергии и

- источник углерода.

Хотя энергия существует во многих формах для живых организмов пригодны только две из них – световая и химическая. Те организмы, которые синтезируют все необходимые им органические вещества за счет энергии света называются фототрофными, а те, которым для этого нужна химическая энергия, - хемотрофными.

По отношению к источнику углерода организмы подразделяются на автотрофных – умеющих фиксировать неорганический двуокись углерода (углекислый газ, СО₂), и гетеротрофные – использующие органические вещества.

Сочетание двух этих рядов позволяет построить полную классификацию организмов по основным способам питания:

		Источник углерода
		Автотрофные	Гетеротрофные
Источник энергии	Фототрофные	Фотоавторофные (зеленые растения, цианобактериии, зеленые и пурпурные серобактерии)	Фотогетеротрофы (немногие организмы, например, пурупрные несерные бактерии)
	Хемотрофные	Хемоавтотрофные (некоторые бактерии, участвующие в круговороте азота)	Хемогетеротрофы (животные, грибы, большинство бактерий, некоторые безхлорофильные растения)

Наиболее важными и многочисленными в природе являются организмы фотоавтотрофные и хемогетеротрофные. Два других способа питания можно рассматривать как неудачные эксперименты природы, лежащие не в русле основных эволюционных путей развития жизни.

Фотоавтотрофный способ питания осуществляется при участии пигментов (важнейший из которых хлорофилл), которые поглощают энергию света и превращают ее в химическую энергию органического вещества. Процесс связывания солнечной энергии называется фотосинтезом. Наиболее распространенная его форма – фотосинтез растений, где источником электронов выступает вода. В самом общем виде он сводится к следующей химической реакции:

Солнечный свет

CO₂ + H₂O  (CH₂O) + O₂.

Хлорофилл

Все живое на Земле зависит от фотосинтеза, так как он делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает поступление кислорода в окружающую среду.

Иначе организован фотосинтех у серобактерий. У них источником электронов выступает сероводород (H₂S) и другие соединения серы. В таком случае процесс фотосинтеза выглядит следующим образом:

Солнечный свет

2H₂S + CO₂  (CH₂O) + 2S + H₂O.

Бактериохлорофилл

Фотогетеротрофный способ питания основывается на восстановлении органического соединения в присутствии света за счет другого органических веществ – являющихся источником электронов. Такой способ питания крайне редок в природе и встречается только у пурпурных несерных бактерий.

Хемоавтотрофный способ питания предполагает фиксацию неорганического углерода (CO₂) с использованием энергии, полученной не от солнечного света, а за счет химических реакций. Энергия может быть получена при окислении водорода, сероводорода, серы, железа (II), аммиака, нитритов и других неорганических соединений. Приведем только некоторые примеры возможных реакций.

Железобактерии в присутствии кислорода окисляют двухвалентное железо до трехвалентного

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O  4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + Энергия.

Некоторые бесцветные серобактерии окисляют серу

2S + 3O₂ + 2H₂O  2H₂SO₄ + Энергия.

Нитрифицирующие бактерии – аммиак

2NH₃ + 3O₂  2HNO₂ + 2H₂O + Энергия.

При хемогетеротрофном способе питания органическое вещество одновременно является источником энергии и соединений углерода, необходимых для синтеза биомолекул организма. Выживание гетеротрофов прямо или косвенно зависит от синтетической активности автотрофов. Высокое разнообразие гетеротрофов обуславливает чрезвычайно высокое разнообразие способов питания. Различают 4 типа гетеротрофного питания:

Тип питания	Характеристика	Последовательность процессов
голозойный	пища захватывается внутрь тела, где она переваривается	поглощение пищи  переваривание  всасывание  ассимиляция  экскреция
сапрофитный	пищеварительные ферменты выделяются на потенциальный продукт питания, располагающийся вне тела организма; пища – мертвое органическое вещество	выделение ферментов  переваривание  всасывание  ассимиляция
симбиотический	организм хозяина каким-либо образом обеспечивает существование симбиотических организмов, снабжающих его органическим веществом	получение вещества  ассимиляция
паразитический	организм-паразит поглощает органические вещества из тела хозяина	поглощение (или всасывание)  ассимиляция

Голозойный тип питания имеет несколько разновидностей и способов:

Микрофагия (поглощение в виде мелких частиц)	Макрофагия (потребление крупными кусками)	Питание жидкой пищей
1. С помощью псевдоподий 2. С помощью ресничек 3. Путем фильтрации	1. С помощью щупалец 2. Путем соскабливания 3. Путем захвата добычи 4. Питание детритом	1. Сосущий способ 2. Колюще-сосущий способ

Пищевой режим животных чрезвычайно разнообразен. При этом состав пищи зачастую меняется с возрастом. Растущий хищник начинает выбирать все более крупные жертвы. Насекомые с полным превращением могут вести хищный образ жизни на личиночной стадии, а достигнув взрослого состояния, перейти на растительную пищу, и наоборот. Между личинкой и взрослой формой часто нет абсолютно ничего общего. Часто наблюдаются половые различия в спектре питания. У кровососущих комаров сосет кровь исключительно самка. Самка леща, обитающего в Азовском море, питается преимущественно рачком Hypariola Kowalewskii, а самец — полихетой Nereis succinea. Считают, что различие в размерах тела двух полов, часто наблюдаемое у хищных птиц, выработано отбором в силу того, что оно позволяет каждому из членов пары эксплуатировать на одной и той же территории два различных пищевых ресурса. Для многих видов характерна сезонность в составе пищи. Примером могут служить птицы: скворцы весной питаются насекомыми, а летом переходят на плоды и зерна по мере их созревания. Клест, обитающий на севере Европы, питается почти исключительно семенами хвойных пород, но оказывает явное предпочтение еловым. Во время перелетов он довольствуется косточками яблок, миндаля и различными зернами. Зерноядные птицы часто выкармливают своих птенцов насекомыми, как это делают зяблики и куропатки.

Существенные различия наблюдаются между животными по ширине пищевого спектра. Принято различать организмы с широким спектром питания – полифагов, олигофагов – спектр питания которых достаточно широк, но предпочтение отдается одному из типов корма, и монофагов – питающихся исключительно одним типом пищи. Например, утка (полифаг) питается всевозможными мелкими водными животными — моллюсками, головастиками, червяками, насекомыми, а также листьями, зернами и корнями водных растений. Колорадский картофельный жук (олигофаг) может питаться на всех растениях семейства пасленовых, но явное предпочтение отдает картофелю. Самым любопытным примером монофагии среди птиц может служить коршун-слизнеед, обитающий в штате Флорида (США), единственную пищу которого составляют улитки Pomatia caliginosa.