تَغذِيَة

يمكن تصنيف الكائنات الحية حسب طريقة حصولها على الكربون والطاقة. الكائنات غيرية التغذية هي التي تحصل على غذائها باستهلاك كربون الكائنات الأخرى، بينما الكائنات ذاتية التغذية هي التي تُنتج غذائها بنفسها من كربون المواد غير العضوية مثل ثاني أكسيد الكربون . أما الكائنات المختلطة التغذية فهي التي قد تكون غيرية التغذية وذاتية التغذية، وتشمل بعض العوالق والنباتات اللاحمة . تحصل الكائنات الضوئية التغذية على الطاقة من الضوء، بينما تحصل الكائنات الكيميائية التغذية على الطاقة باستهلاك الطاقة الكيميائية من المادة. تستهلك الكائنات العضوية التغذية كائنات أخرى للحصول على الإلكترونات، بينما تحصل الكائنات الحجرية التغذية على الإلكترونات من مواد غير عضوية، مثل الماء ، وكبريتيد الهيدروجين ، وثنائي الهيدروجين ، والحديد الثنائي ، والكبريت ، والأمونيوم . ^{[ 8 ]} تستطيع الكائنات الأولية التغذية إنتاج العناصر الغذائية الأساسية من مركبات أخرى، بينما يجب على الكائنات المساعدة التغذية استهلاك العناصر الغذائية الموجودة مسبقًا. ^{[ 9 ]}

في علم التغذية، يُعرَّف النظام الغذائي للكائن الحي بأنه مجموع الأطعمة التي يتناولها. [10] يُحسِّن النظام الغذائي الصحي الصحة البدنية والنفسية للكائن الحي. ويتطلب ذلك تناول وامتصاص الفيتامينات والمعادن والأحماض الأمينية ^{الأساسية من البروتين} والأحماض الدهنية الأساسية من الأطعمة الغنية بالدهون . وتلعب الكربوهيدرات والبروتينات والدهون أدوارًا رئيسية في ضمان جودة الحياة والصحة وطول عمر الكائن الحي. ^{[ 11 ]} وتفرض بعض الثقافات والأديان قيودًا على ما هو مقبول في نظامها الغذائي. ^{[ 12 ]}

دورة المغذيات هي دورة بيوجيوكيميائية تتضمن حركة المواد غير العضوية عبر مزيج من التربة والكائنات الحية والهواء أو الماء، حيث يتم استبدالها بمواد عضوية. ^{[ 13 ]} يُعد تدفق الطاقة مسارًا أحادي الاتجاه وغير دوري، بينما حركة المغذيات المعدنية دورية. تشمل دورات المعادن دورة الكربون ، ودورة الكبريت ، ودورة النيتروجين ، ودورة الماء ، ودورة الفوسفور ، ودورة الأكسجين ، وغيرها، والتي تُعاد تدويرها باستمرار مع مغذيات معدنية أخرى لتوفير تغذية بيئية منتجة . ^{[ 13 ]}

تشمل الدورات البيوجيوكيميائية التي تقوم بها الكائنات الحية والعمليات الطبيعية دورات الماء والكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت . [ ^{14 ]} تسمح دورات المغذيات لهذه العناصر الأساسية بالعودة إلى البيئة بعد امتصاصها أو استهلاكها. ^{[ 15 ] وبدون دورة مغذيات سليمة} ، سيكون هناك خطر تغير مستويات الأكسجين والمناخ ووظائف النظام البيئي.

البحث عن الغذاء هو عملية البحث عن العناصر الغذائية في البيئة. ويمكن تعريفه أيضًا ليشمل الاستخدام اللاحق للموارد. تستطيع بعض الكائنات الحية، كالحيوانات والبكتيريا، التنقل بحثًا عن العناصر الغذائية، بينما تتجه كائنات أخرى، كالنباتات والفطريات، نحو الخارج بحثًا عنها. قد يكون البحث عن الغذاء عشوائيًا، حيث يبحث الكائن الحي عن العناصر الغذائية دون منهجية، أو قد يكون منهجيًا، حيث يستطيع الكائن الحي التوجه مباشرةً إلى مصدر الغذاء. ^{[ 16 ]} تستطيع الكائنات الحية اكتشاف العناصر الغذائية عن طريق التذوق أو غيره من أشكال استشعار العناصر الغذائية ، مما يسمح لها بتنظيم تناولها. ^{[ 17 ]} نظرية البحث الأمثل عن الغذاء هي نموذج يفسر سلوك البحث عن الغذاء كتحليل للتكلفة والفائدة، حيث يجب على الحيوان تعظيم مكاسبه من العناصر الغذائية مع تقليل الوقت والطاقة المُستهلكة في البحث. وقد طُورت هذه النظرية لتحليل عادات البحث عن الغذاء لدى الحيوانات، ولكن يمكن تطبيقها أيضًا على كائنات حية أخرى. ^{[ 18 ]} بعض الكائنات الحية متخصصة، مُتكيفة للبحث عن مصدر غذائي واحد، بينما البعض الآخر عام، قادر على استهلاك مجموعة متنوعة من مصادر الغذاء. ^{[ 19 ]}

الحيوانات كائنات غيرية التغذية تستهلك كائنات أخرى للحصول على العناصر الغذائية. الحيوانات العاشبة هي التي تتغذى على النباتات، والحيوانات اللاحمة هي التي تتغذى على حيوانات أخرى، والحيوانات القارتة هي التي تتغذى على النباتات والحيوانات معًا. ^{[ 26 ]} تعتمد العديد من الحيوانات العاشبة على التخمر البكتيري لإنتاج عناصر غذائية قابلة للهضم من السليلوز النباتي غير القابل للهضم، بينما يجب على الحيوانات اللاحمة تناول لحوم الحيوانات للحصول على بعض الفيتامينات أو العناصر الغذائية التي لا تستطيع أجسامها تصنيعها بطريقة أخرى. عمومًا، تحتاج الحيوانات إلى طاقة أكبر مقارنةً بالنباتات. ^{[ 27 ]} المغذيات الكبرى الأساسية لحياة الحيوانات هي الكربوهيدرات والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية . ^{[ 7 ] [ 28 ]}

يحتاج الجسم إلى جميع المغذيات الكبرى باستثناء الماء للحصول على الطاقة، إلا أن هذه ليست وظيفتها الفسيولوجية الوحيدة. تُقاس الطاقة التي توفرها المغذيات الكبرى في الطعام بالكيلو كالوري، والتي تُعرف عادةً بالسعرات الحرارية، حيث تمثل السعرة الحرارية الواحدة كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوغرام واحد من الماء درجة مئوية واحدة. ^{[ 29 ]}

الكربوهيدرات جزيئات تخزن كميات كبيرة من الطاقة. تهضم الحيوانات الكربوهيدرات وتستقلبها للحصول على هذه الطاقة. تُصنّع النباتات الكربوهيدرات عادةً أثناء عملية الأيض، بينما تحصل الحيوانات على معظم الكربوهيدرات من الطبيعة، نظرًا لقدرتها المحدودة على إنتاجها. تشمل الكربوهيدرات السكريات ، والسكريات قليلة التعدد ، والسكريات المتعددة . يُعدّ الجلوكوز أبسط أنواع الكربوهيدرات. ^{[ 30 ]} تُفكّك الكربوهيدرات لإنتاج الجلوكوز والأحماض الدهنية قصيرة السلسلة ، وهي من أكثر العناصر الغذائية وفرةً للحيوانات البرية العاشبة. ^{[ 31 ]} تحتوي الكربوهيدرات على 4 سعرات حرارية لكل غرام.

تُزوّد ​​الدهون الحيوانات بالزيوت والزيوت. وهي غير قابلة للذوبان في الماء، وتُخزّن الطاقة لفترة طويلة. يُمكن الحصول عليها من مصادر نباتية وحيوانية متنوعة. معظم الدهون الغذائية هي ثلاثي الغليسريد ، المُكوّن من الجلسرين والأحماض الدهنية. وتوجد الفوسفوليبيدات والستيرولات بكميات أقل. ^{[ 32 ]} يُقلّل جسم الحيوان من كمية الأحماض الدهنية التي يُنتجها مع زيادة استهلاك الدهون الغذائية، بينما يزيدها مع زيادة استهلاك الكربوهيدرات. [ ^{33 ] تحتوي} الدهون على 9 سعرات حرارية لكل غرام.

يُهضم البروتين الذي تتناوله الحيوانات إلى أحماض أمينية، والتي تُستخدم لاحقًا في تصنيع بروتينات جديدة. يُستخدم البروتين في تكوين التراكيب الخلوية والسوائل، ^{[ 34 ]} والإنزيمات ( المحفزات البيولوجية). تُعد الإنزيمات ضرورية لمعظم العمليات الأيضية ، بالإضافة إلى تضاعف الحمض النووي وإصلاحه ونسخه. [ 35 ] ^{يحتوي البروتين على} 4 سعرات حرارية لكل غرام .

يتأثر جزء كبير من سلوك الحيوانات بالتغذية. فأنماط الهجرة والتكاثر الموسمي تتزامن مع توافر الغذاء، وتُستخدم عروض التزاوج لإظهار صحة الحيوان. ^{[ 36 ]} تُطوّر الحيوانات ارتباطات إيجابية وسلبية بالأطعمة التي تؤثر على صحتها، ويمكنها غريزيًا تجنب الأطعمة التي سببت لها أضرارًا سامة أو اختلالات غذائية من خلال النفور المشروط من الطعام . بعض الحيوانات، مثل الفئران، لا تبحث عن أنواع جديدة من الأطعمة إلا إذا كانت تعاني من نقص في العناصر الغذائية. ^{[ 37 ]}

تحصل معظم النباتات على العناصر الغذائية من خلال مواد غير عضوية تمتصها من التربة أو الغلاف الجوي. يُعدّ الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت عناصر غذائية أساسية تُكوّن المادة العضوية في النبات وتُمكّن العمليات الإنزيمية. تُمتص هذه العناصر على شكل أيونات في التربة، مثل البيكربونات والنترات والأمونيوم والكبريتات ، أو على شكل غازات، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء وغاز الأكسجين وثاني أكسيد الكبريت . يُستخدم الفوسفور والبورون والسيليكون في عملية الأسترة ، وتُستمد من التربة على شكل فوسفات وحمض البوريك وحمض السيليسيك ، على التوالي. تشمل العناصر الغذائية الأخرى التي تستخدمها النباتات البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم والمنغنيز والكلور والحديد والنحاس والزنك والموليبدينوم. ^{[ 52 ]}

تمتص النباتات العناصر الأساسية من التربة عبر جذورها ، ومن الهواء (المكون أساسًا من النيتروجين والأكسجين) عبر أوراقها . ويتم امتصاص العناصر الغذائية في التربة عن طريق التبادل الكاتيوني ، حيث تضخ الشعيرات الجذرية أيونات الهيدروجين (H ⁺ ) إلى التربة عبر مضخات البروتون . تحل أيونات الهيدروجين هذه محل الكاتيونات المرتبطة بجزيئات التربة سالبة الشحنة، مما يجعلها متاحة لامتصاصها من قبل الجذر. وفي الأوراق، تُفتح الثغور لامتصاص ثاني أكسيد الكربون وطرد الأكسجين . ^{[ 53 ]} على الرغم من وفرة النيتروجين في الغلاف الجوي للأرض، إلا أن عددًا قليلًا جدًا من النباتات يستطيع استخدامه مباشرةً. لذلك، تحتاج معظم النباتات إلى وجود مركبات النيتروجين في التربة التي تنمو فيها. ويتحقق ذلك بفضل تحويل النيتروجين الجوي الخامل إلى حد كبير، في عملية تثبيت النيتروجين، إلى أشكال قابلة للاستخدام بيولوجيًا في التربة بواسطة البكتيريا. ^{[ 54 ]}

بما أن هذه العناصر الغذائية لا تمد النبات بالطاقة، فإنه يجب عليه الحصول على الطاقة بوسائل أخرى. تمتص النباتات الخضراء الطاقة من ضوء الشمس بواسطة البلاستيدات الخضراء وتحولها إلى طاقة قابلة للاستخدام من خلال عملية التمثيل الضوئي . ^{[ 55 ]}

الفطريات كائنات كيميائية غيرية التغذية تستهلك المواد الخارجية للحصول على الطاقة. تمتص معظم الفطريات المواد عبر الغزل الفطري الجذري، الذي ينمو عبر مصدر تغذية الكائن الحي ويمكن أن يمتد إلى ما لا نهاية. تفرز الفطريات إنزيمات خارج خلوية لتحليل المواد المحيطة بها، ثم تمتص العناصر الغذائية عبر جدار الخلية. يمكن أن تكون الفطريات طفيلية، أو رمية، أو تكافلية. تلتصق الفطريات الطفيلية وتتغذى على عوائل حية، مثل الحيوانات أو النباتات أو الفطريات الأخرى. تتغذى الفطريات الرمية على الكائنات الميتة والمتحللة. تنمو الفطريات التكافلية حول كائنات حية أخرى وتتبادل معها العناصر الغذائية. ^{[ 56 ]}

تشمل الطلائعيات جميع حقيقيات النوى التي لا تنتمي إلى الحيوانات أو النباتات أو الفطريات، مما ينتج عنه تنوع كبير بينها. الطحالب طلائعيات ضوئية قادرة على إنتاج الطاقة من الضوء. تستخدم أنواع عديدة من الطلائعيات خيوطًا فطرية مشابهة لتلك الموجودة في الفطريات. الأوليات كائنات أولية غيرية التغذية، وتختلف طرق حصولها على العناصر الغذائية. تستخدم الأوليات السوطية سوطًا للمساعدة في البحث عن الطعام، وتنتقل بعض الأوليات عبر أبواغ معدية لتتطفل على الكائنات الحية. ^{[ 57 ]} العديد من الطلائعيات مختلطة التغذية، إذ تجمع بين خصائص التغذية الضوئية وغيرية التغذية. تعتمد الطلائعيات مختلطة التغذية عادةً على مصدر واحد للعناصر الغذائية، بينما تستخدم المصدر الآخر كمصدر تكميلي أو بديل مؤقت عند عدم توفر المصدر الأساسي. ^{[ 58 ]}

تختلف بدائيات النوى ، بما فيها البكتيريا والعتائق ، اختلافًا كبيرًا في كيفية حصولها على العناصر الغذائية بين المجموعات الغذائية المختلفة. لا تستطيع بدائيات النوى سوى نقل المركبات الذائبة عبر أغشيتها الخلوية، لكنها قادرة على تحليل المكونات الكيميائية المحيطة بها. بعض بدائيات النوى الليثوتروفية هي كائنات متطرفة قادرة على البقاء في بيئات فقيرة بالعناصر الغذائية عن طريق تحليل المواد غير العضوية. ^{[ 59 ]} أما بدائيات النوى الضوئية، مثل البكتيريا الزرقاء والكلوروفليكسيا ، فتستطيع القيام بعملية التمثيل الضوئي للحصول على الطاقة من ضوء الشمس. وهذا شائع بين البكتيريا التي تتشكل في طبقات فوق الينابيع الحرارية الأرضية. عادةً ما تحصل بدائيات النوى الضوئية على الكربون من خلال استيعاب ثاني أكسيد الكربون عبر دورة كالفن . ^{[ 60 ]}

بعض بدائيات النوى، مثل بديلوفيبرايو وإنسيفير ، مفترسة وتتغذى على كائنات وحيدة الخلية أخرى. تبحث بدائيات النوى المفترسة عن الكائنات الأخرى عن طريق الانجذاب الكيميائي أو الاصطدام العشوائي، ثم تندمج معها، وتحللها، وتمتص العناصر الغذائية الناتجة. تشمل استراتيجيات الافتراس لدى بدائيات النوى الالتصاق بالسطح الخارجي للكائن الحي وتحلله خارجيًا، أو الدخول إلى سيتوبلازم الكائن الحي، أو الدخول إلى الحيز المحيط بالبلازما. قد تتخلى مجموعات من بدائيات النوى المفترسة عن الالتصاق من خلال إنتاج إنزيمات محللة بشكل جماعي. ^{[ 61 ]}