Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 1)

Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор

Биология. В 3-х томах. Т. 2

Глава 10. Гетеротрофное питание

Гетеротрофами называются организмы, использующие для питания готовые сложные органические соединения. Эти соединения дают гетеротрофам энергию, необходимую для их жизнедеятельности, а также служат источником специфических атомов и молекул, идущих на поддержание и возобновление клеточной структуры и новообразование протоплазмы в процессе роста. Вместе с пищей гетеротрофы получают также коферменты и витамины, которые не синтезируются в их организме, а между тем абсолютно необходимы для целого ряда клеточных процессов.

Выживание гетеротрофов прямо или косвенно зависит от синтетической активности автотрофов. К гетеротрофным организмам относятся все животные, грибы и большинство бактерий. Некоторые бактерии, например несерные пурпурные бактерии, содержат бактериохлорофилл и способны к фотосинтезу, но получаемую при этом энергию могут использовать для построения собственных органических соединений не из СО₂, а из органического "сырья". Такие бактерии называются фотогетеротрофами.

Способы добывания и поглощения пищи у гетеротрофных организмов весьма разнообразны, но путь превращения питательных веществ в усвояемую форму у большинства из них очень сходен. По существу это превращение состоит из двух процессов, первый из которых — расщепление больших и сложных молекул на более простые и растворимые (переваривание), а второй — всасывание растворимых молекул и транспорт их к собственным тканям организма.

Известны четыре типа гетеротрофного питания: голозойный, сапрофитный, симбиотический и паразитический.

10.1. Типы гетеротрофного питания

10.1.1. Голозойный тип питания

Все организмы, питающиеся этим способом, захватывают пищу внутрь тела, где она подвергается перевариванию, превращаясь в небольшие растворимые молекулы, которые могут всасываться и усваиваться организмом. Свободноживущие голозойные организмы обладают специальным пищеварительным трактом, в котором и протекают эти процессы. К голозойным организмам относится большинство животных и насекомоядные растения.

Голозойный способ питания состоит из следующих процессов:

Поглощение пищи. Потребление сложных органических соединений.

Переваривание. Расщепление больших, сложных, нерастворимых молекул органических соединений и превращение их в небольшие, растворимые молекулы, способные к диффузии. Переваривание осуществляется путем механического измельчения и ферментативного гидролиза пищи и может быть как внеклеточным, так и внутриклеточным.

Всасывание. Перенос растворимых молекул через мембрану из мест переваривания и доставка их к тканям организма. Всосавшиеся питательные вещества либо сразу поступают в клетки, либо вначале попадают в кровеносное русло и с кровью транспортируются к соответствующим участкам тела.

Ассимиляция. Использование организмом всосавшихся молекул для получения энергии или для пластических нужд.

Экскреция. Удаление из организма непереваренных остатков пищи.

Процессы, составляющие голозойный способ питания, представлены на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Стадии голозойного питания у млекопитающих

Животные, которые питаются растительной пищей, называются травоядными, животные, которые поедают других животных, — плотоядными, а животные, которые едят смешанную животно-растительную пищу, — всеядными. Если они поглощают пищу в виде мелких частиц, то их называют микрофагами; примером могут служить дождевые черви. Животные, потребляющие пищу крупными кусками, называются макрофагами. Существуют животные, потребляющие только жидкую пищу, например тли и комары. В табл. 10.1 перечислены все способы голозойного типа питания.

Таблица 10.1. Разновидности и способы голозойного питания

10.1.2. Сапрофитный тип питания

Сапрофитами (от греч. sapros — гнилой и phyton — растение) называются организмы, питающиеся мертвым или разлагающимся органическим материалом. Все сапрофитные организмы выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания, который под воздействием этих ферментов подвергается перевариванию. Растворимые конечные продукты такого переваривания всасываются и ассимилируются сапрофитом. Питаясь органическими остатками мертвых растений и животных, сапрофиты участвуют в их уничтожении путем разложения. Значительная часть образующихся при этом низкомолекулярных веществ самими сапрофитами не используется, но их поглощают растения. Таким образом, деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ, обеспечивая возвращение необходимых для жизни химических элементов от мертвых организмов к живым. К сапрофитам относятся многие бактерии и грибы, типичным представителем которых является гриб Mucor hiemalis.

Сапрофитный способ питания гриба Mucor hiemalis

Питающие гифы гриба проникают в субстрат, на котором он растет, и из кончиков гиф выделяются ферменты, осуществляющие внеклеточное переваривание (рис. 10.2). Карбогидразы и протеазы катализируют расщепление крахмала и белков соответственно до глюкозы и аминокислот. Состоящий из тончайших нитей, сильно разветвленный мицелий гриба обеспечивает большую поверхность всасывания. Глюкоза используется грибом в процессе дыхания, дающего энергию для метаболических процессов, а аминокислоты используются для роста и восстановления тканей. Избыток глюкозы превращается в гликоген и жир, а избыток аминокислот — в белковые гранулы, и эти запасные продукты хранятся в цитоплазме гиф.

Рис. 10.2. Внеклеточное переваривание и всасывание у мукора (Mucor hiemalis)

10.1. Кратко опишите возможные пути использования мукора человеком

10.1.3. Симбиоз

Симбиоз (от греч. simbiosis — совместная жизнь) — одна из форм совместного существования двух различных организмов (см. разд. 2.2.5). Существуют две разновидности симбиоза — мутуализм и комменсализм.

Мутуализм

Мутуализмом называются взаимовыгодные отношения между двумя организмами. Иногда этот термин используют вместо термина "симбиоз". Мутуализм может существовать между двумя животными, двумя растениями или между растением и животным. Так, например, актиния Calliactis parasitica прикрепляется к раковине, в которой живет рак-отшельник (рис. 10.3). Актиния питается остатками пищи краба и перемещается вместе с ним с одного места на другое. В свою очередь она обеспечивает крабу маскировку, а ее стрекательные клетки служат ему защитой. По всей видимости, актиния не может существовать, не прикрепившись к раковине краба, но и краб, лишившись актинии, будет искать другую актинию и сам перенесет ее на раковину, в которой обитает.

Рис. 10.3. Актиния Calliactis parasitica, прикрепившаяся к раковине моллюска, в которой обитает рак-отшельник Eupagurus bernhardus

Растительноядные жвачные дают приют обширной фауне ресничных, например Entodinium, способных переваривать целлюлозу. Последние могут существовать только в анаэробных условиях, подобных тем, которые имеются в пищеварительном тракте животных. Ресничные, обитающие в пищеварительном тракте жвачных, питаются содержащейся в пище хозяина целлюлозой, превращая ее в такие соединения, которые уже сами жвачные способны переваривать до продуктов, подвергающихся всасыванию и ассимиляции.

Комменсализм

Комменсализм (лат. com-с, вместе и mensa — стол, трапеза) — такая форма симбиоза, при которой один из партнеров извлекает пользу из совместного существования с другим партнером (иногда называемым хозяином). При такой форме симбиоза хозяин не получает от совместного существования ни пользы, ни вреда. Так, например, колониальный полип Hydractinia echinata прикрепляется к раковинам брюхоногих моллюсков, в которых обитают раки отшельники. Полип получает от краба питание, поглощая остатки его пищи, а для краба такое совместное существование является совершенно безразличным.

10.1.4. Паразитизм

Паразит (от греч. para — около и sitos — пища) обитает внутри или на поверхности тела другого организма, называемого хозяином, и получает от него пищу и, как правило, местообитание. В данном случае совместное существование выгодно только паразиту, тогда как хозяину его присутствие может приносить вред. Процветающий паразит может сосуществовать с хозяином, не причиняя ему серьезного вреда и обеспечивая таким образом собственное будущее.

Паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина, называются эктопаразитами (например, клещи, блохи и пиявки); такие организмы не всегда ведут исключительно паразитический образ жизни. Паразиты, обитающие внутри организма хозяина, называются эндопаразитами (например, малярийный плазмодий и цепень (Taenia). Паразитизм бывает обязательным (облигатным) и необязательным (факультативным). Если организм вынужден постоянно вести паразитический образ жизни, его называют облигатным паразитом. Примером факультативных (необязательных) паразитов являются грибы, которые вначале ведут паразитический образ жизни, а после гибели хозяина переходят на сапрофитное питание на мертвом теле. Некоторые зеленые растения являются полупаразитами: обладая способностью к фотосинтезу, микроэлементы тем не менее они получают от хозяина. Примером таких растений может служить омела белая, гаустории которой проникают в древесину растения-хозяина и высасывают из нее минеральные соли и воду.