ذاتية التغذية

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

نظرة عامة على دورة التغذية الذاتية والتغذية غير الذاتية . عملية التمثيل الضوئي هي الوسيلة الرئيسية التي تنتج بها النباتات والطحالب والعديد من البكتيريا المركبات العضوية والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء ( السهم الأخضر ).

الكائن ذاتي التغذية هو كائن حي قادر على تحويل مصادر الطاقة غير الحيوية إلى طاقة مخزنة في مركبات عضوية ، والتي يمكن استخدامها من قبل كائنات حية أخرى .

صفات

تُنتج الكائنات ذاتية التغذية مركبات عضوية معقدة (مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات ) باستخدام الكربون من مواد بسيطة مثل ثاني أكسيد الكربون، [ 1 ] وتعتمد عمومًا على الطاقة المستمدة من الضوء أو التفاعلات الكيميائية غير العضوية . [ 2 ] لا تحتاج الكائنات ذاتية التغذية إلى مصدر حي للكربون أو الطاقة، وهي المنتجة في السلسلة الغذائية ، مثل النباتات على اليابسة أو الطحالب في الماء. تستطيع هذه الكائنات اختزال ثاني أكسيد الكربون لإنتاج مركبات عضوية للتخليق الحيوي وكوسيلة لتخزين الوقود الكيميائي. تستخدم معظم الكائنات ذاتية التغذية الماء كعامل مختزل ، لكن بعضها يستطيع استخدام مركبات هيدروجينية أخرى مثل كبريتيد الهيدروجين .

تستخدم الكائنات ذاتية التغذية جزءًا من جزيئات ATP المنتجة أثناء عملية التمثيل الضوئي أو أكسدة المركبات الكيميائية لاختزال NADP + إلى NADPH لتكوين مركبات عضوية. [ 3 ]

تقع المنتجات الأولية في أدنى مستوى غذائي ، وهي السبب في استمرار الحياة على الأرض حتى يومنا هذا. [ 4 ]

المتغيرات

التغذية الضوئية الذاتية

تقوم الكائنات ذاتية التغذية الضوئية بتحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي ، مما يؤدي في النهاية إلى بناء جزيئات عضوية من ثاني أكسيد الكربون ، وهو مصدر غير عضوي للكربون . [ 5 ]

الكائنات الكيميائية ذاتية التغذية

تنتج الكائنات الكيميائية ذاتية التغذية الكتلة الحيوية من أكسدة المركبات الكيميائية غير العضوية. [ 6 ] وتوجد بكثرة في الفتحات الحرارية المائية في أعماق المحيط ، وتشمل بعض أنواع العتائق والبكتيريا ( كائنات وحيدة الخلية). [ 7 ]

مخطط انسيابي لتحديد ما إذا كان نوع ما ذاتي التغذية، أو غيري التغذية، أو نوع فرعي

معظم الكائنات الكيميائية ذاتية التغذية هي كائنات صخرية التغذية ، تستخدم مانحات إلكترونات غير عضوية مثل كبريتيد الهيدروجين، وغاز الهيدروجين ، والكبريت العنصري ، والأمونيوم ، وأكسيد الحديدوز كعوامل اختزال؛ ومصادر الهيدروجين للتخليق الحيوي وإطلاق الطاقة الكيميائية. الكائنات الكيميائية الصخرية ذاتية التغذية هي كائنات دقيقة تُنتج الطاقة من خلال أكسدة المركبات غير العضوية. [ 8 ] يمكنها البقاء على قيد الحياة بالاعتماد كليًا على ثاني أكسيد الكربون الجوي والمواد الكيميائية غير العضوية دون الحاجة إلى الضوء أو المركبات العضوية. تحفز هذه الكائنات تفاعلات الأكسدة والاختزال إنزيميًا باستخدام ركائز معدنية لتوليد طاقة ATP. [ 9 ] تشمل هذه الركائز بشكل أساسي الهيدروجين والحديد والنيتروجين والكبريت. غالبًا ما يكون بيئتها البيئية متخصصة في البيئات القاسية، بما في ذلك الفتحات الحرارية المائية البحرية العميقة، والرواسب الطبقية، والينابيع الساخنة الحمضية. [ 10 ]

الكائنات غيرية التغذية

تعتمد بعض الكائنات الحية على المركبات العضوية كمصدر للكربون ، ولكنها تستطيع استخدام الضوء أو المركبات غير العضوية كمصدر للطاقة. تُسمى هذه الكائنات بالكائنات المختلطة التغذية . يُطلق على الكائن الحي الذي يحصل على الكربون من المركبات العضوية ويحصل على الطاقة من الضوء اسم الكائن الضوئي غيري التغذية ، بينما يُطلق على الكائن الحي الذي يحصل على الكربون من المركبات العضوية والطاقة من أكسدة المركبات غير العضوية اسم الكائن الكيميائي غيري التغذية . [ 11 ]

تشير الأدلة إلى أن بعض الفطريات قد تحصل أيضًا على الطاقة من الإشعاع المؤين : وقد تم العثور على هذه الفطريات المشعة تنمو داخل مفاعل محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية . [ 12 ]

تاريخ

صاغ عالم النبات الألماني ألبرت برنارد فرانك مصطلح "الذاتية التغذية " في عام 1892. [ 13 ] [ 14 ] وهو مشتق من الكلمة اليونانية القديمة τροφή ( trophḗ )، والتي تعني "التغذية" أو "الطعام".

علم البيئة

سعف أخضر من سرخس شعر العذراء ، وهو كائن حي ذاتي التغذية الضوئية

بدون المنتجين الأوليين، أي الكائنات الحية القادرة على إنتاج الطاقة بنفسها، لن تتمكن الأنظمة البيولوجية على الأرض من الاستمرار. [ 5 ] تنتج النباتات، إلى جانب المنتجين الأوليين الآخرين، الطاقة التي تستهلكها الكائنات الحية الأخرى، والأكسجين الذي تتنفسه. [ 5 ] يُعتقد أن أول الكائنات الحية على الأرض كانت من المنتجين الأوليين الذين عاشوا في قاع المحيط. [ 5 ]

تُعدّ الكائنات ذاتية التغذية أساسية في السلاسل الغذائية لجميع النظم البيئية في العالم. فهي تستمد الطاقة من البيئة على شكل ضوء الشمس أو مواد كيميائية غير عضوية، وتستخدمها لإنتاج جزيئات وقود مثل الكربوهيدرات. تُعرف هذه الآلية بالإنتاج الأولي . أما الكائنات الحية الأخرى، والتي تُسمى الكائنات غيرية التغذية ، فتتناول الكائنات ذاتية التغذية كغذاء للقيام بالوظائف الضرورية لحياتها. وهكذا، تعتمد الكائنات غيرية التغذية - جميع الحيوانات ، ومعظم الفطريات ، ومعظم البكتيريا والأوليات - على الكائنات ذاتية التغذية، أو المنتجين الأوليين ، للحصول على المواد الخام والوقود الذي تحتاجه. تحصل الكائنات غيرية التغذية على الطاقة عن طريق تكسير الكربوهيدرات أو أكسدة الجزيئات العضوية (الكربوهيدرات والدهون والبروتينات) الموجودة في الغذاء. وتعتمد الكائنات اللاحمة على الكائنات ذاتية التغذية بشكل غير مباشر، حيث تأتي العناصر الغذائية التي تحصل عليها من فرائسها غيرية التغذية من الكائنات ذاتية التغذية التي استهلكتها.

تعتمد معظم النظم البيئية على الإنتاج الأولي ذاتي التغذية للنباتات والبكتيريا الزرقاء التي تلتقط الفوتونات المنبعثة من الشمس . لا تستطيع النباتات استخدام سوى جزء ضئيل (حوالي 1%) من هذه الطاقة لعملية التمثيل الضوئي . [ 15 ] تقوم عملية التمثيل الضوئي بتحليل جزيء الماء (H₂O ) ، مُطلقةً الأكسجين (O₂ ) في الغلاف الجوي، ومُختزلةً ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) لإطلاق ذرات الهيدروجين التي تُغذي عملية التمثيل الغذائي للإنتاج الأولي. تُحوّل النباتات طاقة الفوتونات وتُخزّنها في روابط كيميائية لسكريات بسيطة أثناء عملية التمثيل الضوئي. تُبلمر هذه السكريات النباتية لتخزينها على شكل كربوهيدرات طويلة السلسلة ، مثل النشا والسليلوز؛ كما يُستخدم الجلوكوز أيضًا في تكوين الدهون والبروتينات . عندما تتغذى الكائنات غيرية التغذية ، أي المستهلكات مثل الحيوانات، على الكائنات ذاتية التغذية ، تُصبح الكربوهيدرات والدهون والبروتينات الموجودة فيها مصادر طاقة لهذه الكائنات. [ 16 ] يمكن إنتاج البروتينات باستخدام النترات والكبريتات والفوسفات الموجودة في التربة . [ 17 ] [ 18 ]

الإنتاج الأولي في الجداول والأنهار الاستوائية

تُعدّ الطحالب المائية عنصرًا هامًا في الشبكات الغذائية للأنهار والجداول الاستوائية. ويتجلى ذلك في صافي الإنتاج الأولي، وهي عملية بيئية أساسية تعكس كمية الكربون المُصنّع داخل النظام البيئي، والذي يصبح في نهاية المطاف متاحًا للمستهلكين. ويُظهر صافي الإنتاج الأولي أن معدلات الإنتاج الأولي في مجاري الأنهار في المناطق الاستوائية أعلى بعشرة أضعاف على الأقل من مثيلاتها في الأنظمة المعتدلة المماثلة. [ 19 ]

أصل الكائنات ذاتية التغذية

يعتقد الباحثون أن أشكال الحياة الخلوية الأولى لم تكن غيرية التغذية، إذ كانت ستعتمد على ذاتية التغذية، لأن الركائز العضوية القادمة من الفضاء كانت إما غير متجانسة للغاية بحيث لا تدعم نمو الميكروبات، أو مختزلة للغاية بحيث لا يمكن تخميرها. وبدلاً من ذلك، يرون أن الخلايا الأولى كانت ذاتية التغذية. [ 20 ] ربما كانت هذه الكائنات ذاتية التغذية محبة للحرارة ولا هوائية ، وتعتمد على الكيمياء الحيوية، وعاشت في الفتحات الحرارية المائية القلوية في أعماق البحار. يدعم هذا الرأي أدلة من علم الوراثة العرقي ، إذ يُستنتج أن فسيولوجيا وموطن السلف المشترك العالمي الأخير (LUCA) كانا أيضًا كائنًا لا هوائيًا محبًا للحرارة، يتبع مسار وود-ليونغدال ، وكانت كيمياءه الحيوية غنية بتجمعات FeS وآليات التفاعل الجذري. وكان يعتمد على الحديد والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون . [ 20 ] [ 21 ] يشير التركيز العالي لأيونات البوتاسيوم (K +) في سيتوبلازم معظم الكائنات الحية إلى أن الحياة الخلوية المبكرة كانت تحتوي على مضخات تبادل الصوديوم/الهيدروجين (Na + /H +) أو ربما مضخات مشتركة. [ 22 ] من المحتمل أن الكائنات ذاتية التغذية تطورت إلى كائنات غيرية التغذية عندما كانت تحت ضغط جزئي منخفض للهيدروجين (H2 )، حيث كان الشكل الأول للتغذية غيرية التغذية على الأرجح هو تخمير الأحماض الأمينية وتخمير البيورينات من النوع الكلوستريدي . [ 23 ] وقد اقتُرح أن عملية التمثيل الضوئي ظهرت في وجود ضوء خافت قريب من الأشعة تحت الحمراء ينبعث من الفتحات الحرارية المائية. ويُعتقد أن أول الأصباغ النشطة كيميائيًا ضوئيًا هي رباعيات البيرول الزنكية. [ 24 ] 

من المرجح أن الكائنات ذاتية التغذية الأولى قد تطورت في وقت مبكر من حقبة الأركي، لكنها انتشرت على نطاق واسع خلال حدث الأكسدة العظيم للأرض مع زيادة معدل التمثيل الضوئي الأكسجيني بواسطة البكتيريا الزرقاء . [ 25 ] تطورت الكائنات ذاتية التغذية الضوئية من البكتيريا غيرية التغذية من خلال تطوير عملية التمثيل الضوئي. استخدمت أقدم البكتيريا الضوئية كبريتيد الهيدروجين . ونظرًا لندرة كبريتيد الهيدروجين، تطورت بعض البكتيريا الضوئية لاستخدام الماء في عملية التمثيل الضوئي، مما أدى إلى ظهور البكتيريا الزرقاء. [ 26 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ موريس، ج. وآخرون (2019). "علم الأحياء: كيف تعمل الحياة"، الطبعة الثالثة، دبليو إتش فريمان. رقم ISBN 978-1319017637
  2. ↑ تشانغ، كينيث (12 سبتمبر 2016). "رؤى للحياة على المريخ في أعماق الأرض" . صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 12 سبتمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 12 سبتمبر 2016 .
  3. ↑ بروسليند، ليندا (1 أغسطس 2019). "التغذية الكيميائية الذاتية واستقلاب النيتروجين" . علم الأحياء الدقيقة العام .
  4. ↑ بوست، ديفيد م (2002). "استخدام النظائر المستقرة لتقدير الموقع الغذائي: النماذج والأساليب والافتراضات". علم البيئة . 83 (3): 703-718 . doi : 10.1890/0012-9658(2002)083 [ 0703:USITET ] 2.0.CO ; 2 .
  5. 1 2 3 4 "ما هي المنتجات الأولية؟" . ساينسينغ . مؤرشف من الأصل في 14 أكتوبر 2019. تم الاسترجاع في 8 فبراير 2018 .
  6. ↑ "التغذية الكيميائية الذاتية واستقلاب النيتروجين" ، علم الأحياء الدقيقة العام ، جامعة ولاية أوريغون، 1 أغسطس 2019، مؤرشف من الأصل في 1 يونيو 2026 ، تم استرجاعه في 10 يوليو 2026
  7. ↑ "البكتيريا الكيميائية ذاتية التغذية" . مؤسسة كامبريان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يوليو 2026 .
  8. ↑ "5.10A: طاقة التغذية الكيميائية الذاتية" . نصوص بيولوجية ليبر . 9 مايو 2017.
  9. ↑ "14: التغذية الكيميائية الذاتية واستقلاب النيتروجين" . نصوص بيولوجية حرة . 6 فبراير 2018.
  10. ^ دنغ ، ونشاو. تشاو، زيهاو؛ لي، يوفانغ؛ تساو، رونغقوانغ؛ تشن، مينغمينغ؛ تانغ، كاي. وانغ، ديلي؛ مروحة، وي؛ هو، أنيي؛ تشن، قوانغتشنغ؛ تشين، تشين تونغ آرثر؛ تشانغ ياو (5 ديسمبر 2023). "استراتيجيات التكيف الكيميائي مع درجات الحرارة المرتفعة والظروف الحمضية للغاية في النظام البيئي الحراري المائي الضحل" . ميكروبيوم . 11 (1): 270. دوى : 10.1186/s40168-023-01712-ث . ISSN 2049-2618 . بمك 10696704 . بميد 38049915 .   
  11. ↑ "CK12-Foundation" . flexbooks.ck12.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 يونيو 2026 .
  12. ↑ ميلفيل، كيت (23 مايو 2007). "فطر تشيرنوبيل يتغذى على الإشعاع" . مؤرشف من الأصل في 4 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه في 18 فبراير 2009 .
  13. ^ فرانك، ألبرت برنارد (1892–93). ليهربوخ دير بوتانيك (في المانيا). لايبزيغ: دبليو إنجلمان. مؤرشفة من الأصلي في 7 مارس 2023 . تم الاسترجاع في 14 يناير 2018 .
  14. ↑ "ما هي الكائنات ذاتية التغذية؟" . 11 مارس 2019.
  15. ↑ شور، سام هـ. (19 يناير 2011). الطاقة، والنمو الاقتصادي، والبيئة . نيويورك. ISBN 978-1-61726-020-9. OCLC 868970980 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  16. ↑ بيكيت، برايان س. (1981). علم الأحياء البشري والاجتماعي المصور . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 38. ISBN  978-0-19-914065-7أُرشف من المصدر الأصلي في 15 مارس 2024. تم الاطلاع عليه في 16 أغسطس 2020 .
  17. ↑ أودوم، يوجين ب. (يوجين بليزانتس)، 1913-2002. (2005). أساسيات علم البيئة . باريت، غاري و. ( الطبعة الخامسة). بيلمونت، كاليفورنيا: تومسون بروكس/كول. ص 598. ISBN   0-534-42066-4. OCLC 56476957 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) صيانة CS1: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  18. ↑ سميث، جيلبرت م. (2007). كتاب في علم النبات العام . دار ريد بوكس ​​للنشر. ص 148. ISBN  978-1-4067-7315-6أُرشف من المصدر الأصلي في 15 مارس 2024. تم الاطلاع عليه في 16 أغسطس 2020 .
  19. ↑ ديفيز، بيتر م.؛ بن، ستيوارت إي.؛ هاميلتون، ستيفن ك. (2008). "الإنتاج الأولي في الجداول والأنهار الاستوائية". علم بيئة الجداول الاستوائية . ص 23-42 . doi : 10.1016/B978-012088449-0.50004-2 . ISBN  978-0-12-088449-0.
  20. 1 2 فايس، مادلين سي؛ برينر، مارتينا؛ خافيير، جوانا سي؛ زيمورسكي، فيرينا؛ مارتن، ويليام إف. (16 أغسطس 2018). "السلف المشترك العالمي الأخير بين كيمياء الأرض القديمة وبداية علم الوراثة" . PLOS Genetics . 14 (8) e1007518. doi : 10.1371/ journal.pgen.1007518 . ISSN 1553-7390 . PMC 6095482. PMID 30114187 .   
  21. ↑ شتتر، كارل أو (29 أكتوبر 2006). "الكائنات المحبة للحرارة المفرطة في تاريخ الحياة" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 361 ( 1474): 1837-1843 . doi : 10.1098/rstb.2006.1907 . ISSN 0962-8436 . PMC 1664684. PMID 17008222 .   
  22. ^ سوزا، فيليبا إل. ثيرغارت، ثورستن؛ لاندان، جيدي؛ نيلسون ساثي، شيجولال؛ بيريرا، إينيس AC؛ ألين، جون ف. لين، نيك؛ مارتن ، ويليام ف. (19 يوليو 2013). "تطور الطاقة الحيوية المبكر" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 368 (1622) 20130088. دوى : 10.1098/rstb.2013.0088 . ISSN 0962-8436 . بمك 3685469 . بميد 23754820 .   
  23. ↑ شونهايت، بيتر؛ بوكل، فولفغانغ؛ مارتن، ويليام ف . (1 يناير 2016). "حول أصل التغذية غيرية التغذية" . اتجاهات في علم الأحياء الدقيقة . 24 (1): 12-25 . doi : 10.1016/j.tim.2015.10.003 . ISSN 0966-842X . ​​PMID 26578093. مؤرشف من الأصل في 15 مارس 2024. تم الاسترجاع في 4 ديسمبر 2022 .  
  24. ↑ مارتن، ويليام ف؛ براينت، دونالد أ؛ بيتي، ج. توماس (21 نوفمبر 2017). "منظور فسيولوجي حول أصل وتطور عملية التمثيل الضوئي" . مجلة FEMS لاستعراضات علم الأحياء الدقيقة . 42 (2): 205-231 . doi : 10.1093/femsre/fux056 . ISSN 0168-6445 . PMC 5972617. PMID 29177446 .   
  25. ↑ كروكفورد، بيتر دبليو؛ بار أون، ينون إم؛ وارد، لوس إم؛ ميلو، رون؛ هاليفي، إيتاي (نوفمبر 2023). "التاريخ الجيولوجي للإنتاجية الأولية" . علم الأحياء الحالي . 33 (21): 4741-4750.e5. رمز Bibcode : 2023CBio...33E4741C . doi : 10.1016 / j.cub.2023.09.040 . ISSN 0960-9822 . PMID 37827153. S2CID 263839383 .   
  26. ↑ تاونسند، ريتش (13 أكتوبر 2019). "تطور الكائنات ذاتية التغذية" . قسم علم الفلك، جامعة ويسكونسن-ماديسون . مؤرشف من الأصل في 8 يوليو 2022. تم الاطلاع عليه في 3 مايو 2019 .