Odżywianie u prokaryota - heterotrofia i autotrofia

W jaki sposób odżywiają się bakterie? A jak robiły to miliardy lat temu? Poznaj w jaki sposób wykształciła się zdolność przyswajania składników odżywczych u najprostszych organizmów na Ziemi.

Heterotrofia

Wysoce prawdopodobnym jest, że prakomórki prokariotyczne były heterotroficzne. Heterotrofia oznacza cudzożywność. Hipoteza ta wydaje się być całkowicie słuszną, ze względu na to, że pierwotne prokaryota kształtowały się w środowisku o dużej dostępności związków organicznych. Substancje te powstawały wówczas w oceanach samorzutnie, a organizmy prokariotyczne mogły wchłaniać je wprost przez ścianę i błonę komórkową. Jeżeli składniki pokarmowe były zbyt duże by pokonać taką drogę przyswajania, prokaryota wydzielały na zewnątrz enzymy trawienne, by rozłożyć potrzebne substancje do cząstek o rozmiarach umożliwiających wchłonięcie.
Opisany sposób odżywiania jest charakterystyczny także dla prokariotów naszych czasów. Są to bakterie glebowe oraz żyjące w wodzie. Rozkładają one w ten sposób szczątki martwych organizmów roślinnych i zwierzęcych. Ze względu na różnorodność pokarmu, jaki bakterie trawią, dokonano pewnej klasyfikacji. Prokarioty heterotroficzne podzielono więc na:

• prototrofy - bakterie, które odżywiając się pobierają kilka, a nawet wyłącznie jeden prosty związek organiczny;
• auksotrofy - bakterie, które muszą pobierać bardziej złożone związki, np. aminokwasy, czy witaminy.

Rys.1. Sposoby odżywiania u prokaryota

Autotrofia

W czasach formowania prakomórek wraz ze zwiększającą się liczbą organizmów na Ziemi, zaczęło brakować dostępnych, wolnych związków organicznych. Stąd niektóre komórki (Rys. 1.), by przetrwać, wykształciły nowy sposób odżywania, autotrofię. Autotrofia, czyli samożywność, polega na syntezie, a więc wytwarzaniu złożonych związków organicznych z prostych związków nieorganicznych. 

Przypuszczalnie pierwsze procesy, o których mowa, czerpały energię z egzoenergetycznych reakcji chemicznych, co oznacza, że opierały się na chemosyntezie. Obecnie z chemosyntezy korzystają bakterie nitryfikacyjne, a najbardziej znane z nich to: Nitrobacter i Nitrosomonas. Bakterie z rodzaju Nitrobacter utleniają sole kwasu azotowego III do soli kwasu azotowego V. Natomiast te z rodzaju Nitrosomonas utleniają amoniak do soli kwasu azotowego III. Ponadto chemosynteza występuje także u bakterii żelazowych i siarkowych.

U części prokaryotów wykształcił się również inny rodzaj autotrofii. Synteza mogła być przeprowadzana u tych organizmów dzięki pozyskiwaniu energii świetlnej. Proces odpowiadający za te przemiany nazwano fotosyntezą. Niezbędnym elementem maszynerii odpowiadającym za fotosyntezę u bakterii był bakteriochlorofil. Barwnik ten występuje obecnie u bakterii purpurowych, jednych  z organizmów fotoautotroficznych.

2,8 mld lat temu pojawił się inny rodzaj chlorofilu, czyli chlorofil a. Był on i jest nadal charakterystycznym dla sinic, zwanych inaczej cyjanobakteriami. Od bakteriochlorofilu odróżnia go większa wydajność przeprowadzanego procesu fotosyntezy.

Rys. 2. Uproszczona reakcja fotosyntezy.

Dzięki wytworzeniu fotosyntezy donorem wodoru do syntezy cukrów stała się woda. Produktem ubocznym natomiast został tlen cząsteczkowy (Rys. 2), który z czasem coraz częściej uwalniany był do otoczenia przez organizmy prokariotyczne. To natomiast świadczy o słuszności hipotezy głoszącej, że 2 mld lat temu doprowadziło to do zmiany składu atmosfery kuli ziemskiej. 

Opracowanie: 

Źródło:
Balesrstet J, Sabath K (2001) Podstawy ewolucjonizmu. Operon. 

Photos Selected by freepik & biostrefa.net