В чем заключается процесс питания организмов?
Общая характеристика процесса питания. Живым организмам для жизнедеятельности необходима энергия. При этом совершается разнообразная работа, например синтез веществ, нужных для роста и восстановления клеток и тканей; активный транспорт веществ в клетку и из клетки; электрическая передача нервных импульсов; механическое сокращение мышц (движение); поддержание постоянной температуры тела (у птиц и млекопитающих) и др.
Процесс приобретения организмами энергии и вещества называется питанием. Одно из наиболее важных различий между животными, растениями, бактериями состоит в типе питания. Типы питания различаются по источнику используемого организмами углерода.
Автотрофное питание. Организмы, синтезирующие органические вещества из простых неорганических соединений, называют автотрофами (от греч. autos – сам, trophe – пища, питание). К автотрофам относят растения и некоторые бактерии.
Автотрофные организмы подразделяют на фотосинтетиков (от греч. photos – свет, synthesis – соединение) и хемосинтетиков («хемо» – первая составная часть слова, соответствующая по значению слову «химический»).
Фотосиитетики (растения, зеленые протисты и фотосинтезирующие бактерии) синтезируют органические вещества при участии углекислого газа и воды с использованием энергии света.
Хемосинтетики (бактерии, участвующие в круговороте азота, серобактерии, железобактерии) синтезируют органические вещества из минеральных соединений, в качестве источника получения органического вещества они соответственно используют аммиак, сероводород, оксид железа (II), а энергию получают вследствие химических реакций. Бактерии играют важную роль в природе – участвуют в круговороте азота, таким образом поддерживая плодородие почвы, а также в круговороте серы и т. д. (см. § 11).
Гетеротрофное питание. Все животные, грибы, многие бактерии используют для своего питания готовые органические вещества. Эти организмы по способу питания принадлежат к гетеротрофам.
Гетеротрофы (от греч. heteros – другой) используют для питания углерод, входящий в состав сложных органических веществ. Эти вещества дают гетеротрофам энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Они также служат источником атомов и молекул, идущих на обновление клеточных структур и новообразование цитоплазмы в процессе роста и размножения клеток. Вместе с пищей гетеротрофы получают витамины, которые не синтезируются в их организме, но абсолютно необходимы для многих процессов, происходящих в клетках. В конечном итоге выживание гетеротрофов зависит от активности синтеза органических веществ автотрофами.
Способы добывания и поглощения пищи у гетеротрофных организмов разнообразны, но путь превращения питательных веществ в усвояемую форму у большинства из них очень сходен. Превращение питательных веществ осуществляется в два этапа. Первый этап: расщепление крупных и сложных молекул на более простые молекулы – переваривание. Второй этап: всасывание растворимых молекул и транспортировка их к собственным тканям организма.
Таким образом, все организмы по типу питания классифицируют в зависимости от источника энергии (световой или химической) и источника углерода (углекислого газа или углерода, входящего в состав готовых органических веществ), используемых организмом для синтеза необходимых ему органических веществ.
Минеральное питание растений. Автотрофное питание включает не только синтез углеводов из углекислого газа и воды, но и полное удовлетворение всех потребностей организма в других органических веществах: белках, жирах, углеводах, нуклеиновых кислотах. В состав белков, нуклеиновых кислот входят атомы азота, серы, фосфора и др. Именно поэтому растения нуждаются в минеральных веществах: нитратах, фосфатах, сульфатах и т. д. Поглощение растворов минеральных солей связано с всасыванием воды корнями растений через корневые волоски.
Несмотря на то что в почвенном растворе имеются многие вещества, корни растений поглощают только те из них, которые необходимы им для жизнедеятельности. Количество поступающих через корневую систему минеральных солей зависит от их содержания в почве, от влажности и температуры почвы, а также от вида растений. Культурные растения с урожаем выносят из почвы большое количество минеральных солей, особенно нитратов, фосфатов, сульфатов. Поэтому в почву нужно постоянно вносить минеральные удобрения, причем под различные культуры – в разном количестве.
Растущие части растения – почки, молодые листья, развивающиеся цветки, плоды и запасающие органы (клубни, луковицы и др.) – представляют собой органы потреблении минеральных солей (рис. 20).
Рис. 20. Органы потребления минеральных солей Минеральное питание животных. Минеральные вещества нужны и гетеротрофным организмам как существенное дополнение к органической пище. Животные организмы чувствительны к недостатку, а тем более к отсутствию тех или иных минеральных солей в пище. Минеральные вещества играют существенную роль в пластических процессах, в формировании тканей.
Для большинства животных велико значение солей кальция. Они входят в состав раковин моллюсков, дентина зубов, крови, клеточного содержимого. Соли кальция, содержащиеся в пище, усваиваются организмом и влияют на обмен веществ, укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к инфекционным болезням.
Жизненно важный элемент – фосфор. В тканях организмов и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее солей (фосфатов). Фосфорная кислота участвует в построении молекул нуклеиновых кислот, АТФ, многих ферментов. Соединения фосфора входят в состав мышечной, костной ткани, мозга и участвуют во всех видах обмена веществ.
Обмен фосфора в организме тесно связан с обменом магния. Большая часть магния входит в состав костной ткани. Биологическая роль магния связана с каталитическими процессами, нормализацией возбудимости нервной системы. Магний обладает сосудорасширяющими свойствами, стимулирует перистальтику кишечника и выделение желчи.
Калий играет важную роль в процессах внутриклеточного обмена. Ионы калия обеспечивают постоянство внутренней среды организма человека, способствуют проведению нервных импульсов к мышцам.
Важное физиологическое значение имеет натрий, ионы которого находятся во всех клетках и тканях и обеспечивают постоянство внутренней среды организма, принимают активное участие в водном обмене.
Недостаточность минеральных элементов. Оценить влияние отдельных элементов нелегко, а иногда даже невозможно. Например, недостаток хлорофилла у растений может быть вызван нехваткой магния или железа. У овец и крупного рогатого скота часто наблюдается диарея (понос), вызванная недостатком меди в организме. У позвоночных животных, в том числе у человека, нехватка марганца обусловливает нарушение развития костей, а недостаток железа вызывает малокровие.
Самое распространенное заболевание растений связано с недостатком калия, что выражается в пожелтении и побурении краев листьев, в преждевременной гибели растения. Нехватка меди вызывает отмирание побегов у растений. Недостаток содержания марганца проявляется пятнистостью листьев у бобов. Дефицит бора вызывает заболевание «гниль сердечка» у корнеплодов сахарной свеклы. Неоднозначность наблюдаемых аффектов объясняется тем, что минеральные элементы оказывают значительное влияние на обмен веществ в клетках.
Знания о минеральном питании организмов важны и для медицины, и для сельского хозяйства, так как болезням, вызываемым нехваткой определенных химических элементов, подвержены во всем мире и растения, и животные, в том числе люди.
Вопросы и задания
- Что такое питание?
- Какие организмы относит к автотрофам, какие – к гетеротрофам?
- Что понимают под термином «минеральное питание»?
- Приведите примеры заболеваний растений и животных, вызываемых недостатком минеральных элементов.
- Почему живые организмы помимо органических соединений нуждаются в минеральных веществах?
