Հիմնական նյութ
Կենսաբանություն
Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 20
Դաս 2: Նախակորիզավորների նյութափոխանակությունը և էկոլոգիանՆախակորիզավորների նյութափոխանակությունը
Ինչպես են նախակորիզավորները էներգիա և սնունդ ստանում։ Քեմոտրոֆներ և ֆոտոտրոֆներ։ Հետերոտրոֆներ և ավտոտրոֆներ։
Հիմնական դրույթներ
- Արևից էներգիա ստացող նախակորիզավորները ֆոտոտրոֆ են, իսկ քիմիական միացություններից էներգիա ստացողները՝ քեմոտրոֆ։
- Այն նախակորիզավորները, որոնք start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ից ստեղծում են ածխածնի օրգանական մոլեկուլներ, կոչվում են ավտոտրոֆ, իսկ նրանք, որոնք ածխածին են ստանում այլ օրգանիզմների արտադրած օրգանական միացություններից, հետերոտրոֆ են։
- Նախակորիզավորները կարող են ունենալ աերոբ՝ օդակյաց (որոնց նյութափոխանակության համար անհրաժեշտ է թթվածին), և անաերոբ՝ անօդակյաց (որոնց նյութափոխանակության համար թթվածին անհրաժեշտ չէ), նյութափոխանակություն։ Որոշ նախակորիզավորներ կարող են լինել և՛ օդակյաց, և՛ անօդակյաց։
- Որոշ նախակորիզավորներ ունեն հատուկ ֆերմենտներ և մեխանիզմներ, որոնք իրենց թույլ են տալիս օգտագործել ազոտ կամ ծծումբ պարունակող միացություններ նյութափոխանակության համար։
- Նախակորիզավորները կարևոր դեր ունեն էկոհամակարգերում՝ նյութերի շրջապտույտում։
Ներածություն
Իրականում ես և դու կարող ենք սնվել սննդի շատ սահմանափակ ընտրանիով։ Սակայն այդ սահմանափակ մթերքներից մենք կարող ենք ընտրել, թե ինչով ենք ցանկանում սնվել, օրինակ՝ բանջարեղենո՞վ, թե՞ պաղպաղակով (հուսով եմ՝ երկուսն էլ կընտրես, բայց առողջարար չափաբաժնով)։ Բայց և այնպես, շատ քիչ է հավանական, որ մենք կկարողանանք ֆոտոսինթեզ կատարել։ Եվ դժվար թե երբևէ նախաճաշենք ջրածնի սուլֆիդով, որն էլ հենց պայմանավորում է «նեխած ձվի» հոտը։
Նախակորիզավորները (բակտերիաներն ու արքեաները) օգտագործում են շատ ավելի զանազան ռազմավարություններ, երբ խոսքը ածխածնի և էներգիայի աղբյուրների մասին է։ Որոշ նախակորիզավորներ օրգանական նյութեր են ստանում մահացած օրգանիզմներից, օրինակ՝ մահացած կենդանիներից և բույսերից։ Մյուսները գոյատևում են քարերի մեջ եղած անօրգանական միացությունների հաշվին։ Նույնիսկ կա մի բակտերիա՝ Thiobacillus concretivorans, որն օգտագործում է մետաղ քայքայող ծծմբական թթուstart superscript, 1, end superscript։
Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք, թե ինչպես են նախակորիզավորները սնունդ հայթայթում և նյութափոխանակություն իրականացնում, և թե ինչպես կարող են դրանք ազդել նյութերի շրջապտույտի վրա։
Սնուցման ձևեր
Երկիր մոլորակի բոլոր օրգանիզմներն ունեն էներգիայի և ածխածնի (միացությունների տեսքով) կարիք։ Դրանցով կառուցվում են բջջի կազմության մեջ մտնող մակրոմոլեկուլները։ Սա հատուկ է մարդկանց, բույսերին, սնկերին և, իհարկե, նախակորիզավորներին։ Կենդանի օրգանիզմները կարող ենք դասակարգել՝ ըստ էներգիայի և ածխածնի ստացման ձևերի։
Նախ կարող ենք դասակարգել օրգանիզմները՝ ըստ օգտագործելի ածխածնի ստացման ձևերի։
- Այն օրգանիզմները, որոնք ածխածին են հայթայթում ածխածնի երկօքսիդից (start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript) կամ այլ օրգանական միացություններից, կոչվում են ավտոտրոֆ։
- Այն օրգանիզմները, որոնք ածխածին են ստանում այլ օրգանիզմների սինթեզած օրգանական միացություններից (այդ օրգանիզմներով կամ դրանց սինթեզած նյութերով սնվելով), կոչվում են հետերոտրոֆ։
Ի հավելումն նշվածի՝ կենդանի օրգանիզմները կարող ենք նաև դասակարգել՝ ըստ էներգիայի հայթայթման ձևի։
- Այն օրգանիզմները, որոնք որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործում են լույսի (հիմնականում արևի) էներգիան, կոչվում են ֆոտոտրոֆ։
- Այն օրգանիզմները, որոնք որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործում են քիմիական նյութեր, կոչվում են քեմոտրոֆ։
Ըստ էներգիայի և ածխածնի ստացման աղբյուրների՝ նախակորիզավորները (ինչպես նաև այլ օրգանիզմներ) կարող ենք բաժանել 4 տարբեր խմբերի։
| Սնուցման ձև | Էներգիայի աղբյուր | Ածխածնի աղբյուր |
|---|---|---|
| Ֆոտոավտոտրոֆ | Լույս | Ածխածնի երկօքսիդ (կամ համանման այլ միացություն) |
| Ֆոտոհետերոտրոֆ | Լույս | Օրգանական միացություններ |
| Քեմոավտոտրոֆ | Քիմիական միացություններ | Ածխածնի երկօքսիդ (կամ համանման այլ միացություններ) |
| Քեմոհետերոտրոֆ | Քիմիական միացություններ | Օրգանական միացություններ |
Մենք բավականին ծանոթ ենք ֆոտոավտոտրոֆ (օրինակ՝ բույսեր) և քեմոհետերոտրոֆ (օրինակ՝ մարդիկ և այլ կենդանիներ) օրգանիզմներին։ Բացի այս երկու խմբից՝ նախակորիզավորները նաև կարող են պատկանել մեզ քիչ ծանոթ ևս երկու՝ ֆոտոհետերոտրոֆ և քեմոավտոտրոֆ օրգանիզմների խմբերին։ Մարդիկ և կենդանիները նշված երկու խմբերին միանշանակ չեն պատկանումstart superscript, 2, comma, 3, end superscript։
Աերոբ (թթվածնային) և անաերոբ (ոչ թթվածնային) շնչառություն
Նյութափոխանակության մեկ այլ բաժին, որում նախակորիզավորներն ու մարդիկ տարբերվում են, թթվածնի պահանջն է։ Նախակորիզավորները նյութափոխանակության մեջ թթվածնի կիրառման հարցում շատ ավելի բազմազան են։ Որոշ նախակորիզավորների գոյատևման համար անհրաժեշտ է թթվածին, մյուսների համար այն թունավոր է, իսկ որոշներն էլ կարող են գոյատևել և՛ թթվածնի առկայության, և՛ դրա բացակայության պայմաններում։
- Այն նախակորիզավորները, որոնց նյութափոխանակության համար անհրաժեշտ է start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, կոչվում են օբլիգատ (անպայման) աերոբ։ Մարդիկ ևս օբլիգատ աերոբ օրգանիզմներ են (որում համոզվել ես, եթե երբևէ փորձել ես երկար ժամանակ շունչդ պահել)։
- Այն նախակորիզավորները, որոնք չեն կարող գոյատևել start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ի առկայության պայմաններում, և որոնց նյութափոխանակության իրականացման համար թթվածին անհրաժեշտ չէ, կոչվում են օբլիգատ (անպայման) անաերոբ։ Դրանց հայտնի ներկայացուցիչը՝ բոտուլիզմի (սննդային թունավորման տեսակ) հարուցիչ C. botulinum բակտերիան, ապրում է պահածոյացված մթերքների միջավայրում։ Բնականաբար, այդ միջավայրում բացակայում է թթվածինը, և քանի որ այս բակտերիան օբլիգատ անօդակյաց է, այն հաջողությամբ գոյատևում և բազմանում է պահածոներումstart superscript, 4, end superscript, ։
- Պայմանական (ֆակուլտատիվ) անօդակյաց բակտերիաները նյութափոխանակության իրականացման համար օգտագործում են start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, եթե այն առկա է միջավայրում։ Եվ եթե միջավայրում թթվածին չկա, դրանք իրականացնում են նյութափոխանակություն առանց թթվածնի մասնակցության։ Ստաֆիլակոկերն ու ստրեպտակոկերը պայմանական անօդակյաց բակտերիաների օրինակներ են։
Ծծմբի և ազոտի փոխանակություն
Որոշ բակտերիաների և արքեաների նյութափոխանակությունը թույլ է տալիս նրանց օգտագործել ազոտը և ծծումբը այն ուղիներով, որոնք հասանելի չեն կորիզավորներին։ Որոշ դեպքերում բակտերիաները էներգիա ստանալու համար օգտագործում են ազոտ և ծծումբ պարունակող մոլեկուլներ, որոշ դեպքերում էլ բակտերիաները կարող են ծախսել էներգիա այդ մոլեկուլների ձևափոխման համար։
Ծծմբի փոխանակություն
Ծովերի խորքի էկոհամակարգերում հայտնաբերվել են նյութափոխանակության համար ծծումբ օգտագործող նախակորիզավորների հիանալի օրինակներ։ Օրինակ՝ նախակորիզավորների որոշ տեսակներ կարող են օքսիդացնել ջրածնի սուլֆիդը (start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, end text), որը անջատվում է տաք հիդրոջերմային աղբյուրներից։ Այս գործընթացից ստացված էներգիայի միջոցով բակտերիաները ջրից ամրագրում են ածխածին և այն վերածում շաքարի կամ այլ օրգանական միացության։ Այս գործընթացը կոչվում է քեմոսինթեզ։
Ծովի խորքի էկոհամակարգերում ծծումբ փոխանակող բակտերիաները սննդային շղթաների հիմքն են (այս էկոհամակարգերում լույսի ոչ մի ճառագայթ չի թափանցում, հետևաբար նույնիսկ ֆոտոսինթեզ չի իրականացվում)։ Ծծումբ փոխանակող օրգանիզմներն մի շարք օրգանիզմների համայնքներին օգնում են գոյատևել, այդ թվում նաև որդերին, խեցգետիններին և մանրախեցգետիններին, որոնք օվկիանոսի մակերեսից հազարավոր մետր խորությունում են։
Ազոտի փոխանակություն
Ազոտի փոխանակություն իրականացնում են ազոտ ամրագրող, նիտրիֆիկացնող և դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները։ Վերջիններս ազոտի շրջապտույտում մեծ դեր ունեն, քանի որ փոխակերպում են ազոտ պարունակող քիմիական միացությունները մի ձևից մյուսը։
Ազոտ ֆիքսող նախակորիզավորները մթնոլորտային ազոտը (start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript) փոխակերպում են ամոնիակի (start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript)։ Վերջինից բույսերը կամ այլ օրգանիզմներ կարող են սինթեզել օրգանական նյութեր։
Լոբազգի ընտանիքի որոշ բույսեր, օրինակ՝ ոլոռը, փոխադարձ շահավետ փոխհարաբերություններ են առաջացնում ազոտ ամրագրող բակտերիաների հետ (մուտուալիզմ)։ Այս բակտերիաները բնակվում են լոբազգի բույսերի արմատների վրա առաջացած հանգույցներում՝ բույսի արմատներին տրամադրելով ամրագրված ազոտը։
Հողում բնակվող այլ նախակորիզավորներ, օրինակ՝ նիտրիֆիկացնող բակտերիաները, ամոնիակը փոխակերպում են ազոտ պարունակող այլ միացությունների (նիտրատների և նիտրիտների)։ Այս միացությունները բույսերը նույնպես կարող են կլանել։ Դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները կատարում են ճիշտ հակառակը՝ նիտրատները փոխակերպում են start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript գազի։
Նյութերի շրջապտույտը
Քիմիական տարրերի մշտական շրջապտույտը կենսական կարևորություն ունի էկոհամակարգերի համար։ Երկրի կենսահանքաքիմիական շրջապտույտը պարբերաշրջան է, որում տվյալ քիմիական տարրը փոխակերպվում է տարբեր միացությունների։
Նյութափոխանակության բազմազան եղանակների շնորհիվ նախակորիզավորները շատ տարրերի շրջապտույտներում կարևոր դեր ունեն։ Այժմ մենք ավելի խորությամբ կուսումնասիրենք դրանց գործառույթը ածխածնի և ազոտի շրջապտույտներում։
Ազոտի շրջապտույտը
Ինչպես տեսանք նախորդ բաժնում, ազոտ ամրագրող նախակորիզավորները մթնոլորտային ազոտը (start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript) փոխակերպում են ամոնիակի (start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript)։ Բույսերը և այլ օրգանիզմներ կարող են օգտագործել ամոնիակը ամինաթթուներ և նուկլեոտիդներ սինթեզելիս։
Հողում բնակվող մեկ այլ տեսակի բակտերիաներ՝ նիտրիֆիկացնող բակտերիաները, ամոնիակը փոխակերպում են ազոտ պարունակող այլ միացությունների (նիտրատների կամ նիտրիտների), որոնք բույսերը կարող են կլանել։ Իսկ դենիտրիֆիկացնող նախակորիզավորները, որոնք նիտրատները փոխակերպում են start text, N, end text, start subscript, 2, end subscript գազի, ազոտի ատոմները հողից վերադարձնում են մթնոլորտ։
Ստորև բերված նկարը ցուցադրում է ազոտի շրջապտույտի պարզեցված տարբերակը՝ ընդգծելով դրանում նախակորիզավորների դերը։
Ածխածնի շրջապտույտը
Նախակորիզավորները կարևոր դեր ունեն նաև ածխածնի շրջապտույտում։ Ֆոտոսինթեզ կատարող նախակորիզավորները, օրինակ՝ ցիանոբակտերիաները, լույսի էներգիայի օգնությամբ start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ը հեռացնում են մթնոլորտից և դրանում պարունակվող ածխածինն ամրագրում են օրգանական մոլեկուլների տեսքով։ Սա նույն հիմնական գործընթացն է, որ իրականացնում են ֆոտոսինթեզող բույսերը։
Մյուս կողմից՝ քայքայող նախակորիզավորներըածխածինը փոխադրում են հակառակ ուղղությամբ։ Քայքայելով մահացած օրգանիզմների (բույսերի կամ կենդանիների) օրգանական նյութերը՝ դրանք բջջային շնչառության արդյունքում start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ը վերադարձնում են մթնոլորտ։ Քայքայման արդյունքում նաև այլ բազմաթիվ տարրեր և անօրգանական մոլեկուլներ կարող են վերաօգտագործվել։
Ստորև բերված նկարը ցուցադրում է ածխածնի շրջապտույտի պարզեցված տարբերակը՝ ընդգծելով դրանում նախակորիզավորների դերը։
Ստուգիր գիտելիքներդ
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։