Начини на съществуване и видове живот на прокариотите
Прокариоти: начини на съществуване и видове живот
В зависимост от това какъв източник на енергия могат да използват прокариотите, те се делят на фототрофи (източник на енергия - светлина) и хемотрофи (източник на енергия - окислително-възстановителни реакции).
Организмите, в които неорганичните вещества са източници (донори) на електрони в енергийния процес, се предлагат да се наричат литотрофни, а тези, в които органичните съединения служат като донори на електрони, са органотрофни. Тогава, в зависимост от източника на енергия и естеството на донора на електрони, са възможни четири основни типа енергиен метаболизъм: хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия и фотоорганотрофия.
При прокариоти с хемотрофен тип енергиен метаболизъм същото съединение служи като донор на електрони, повечето от които се движат в съответствие с термодинамичния градиент, което води до освобождаване на свободна енергия, а по-малка част се използва за образуване на редуциращ агент, изразходван в конструктивния метаболизъм. Това твърдение е вярно за прокариоти с ферментационен и дихателен тип енергия, когато органичните и неорганичните съединения се използват като енергийни ресурси. При фототрофите използването на светлина като източник на енергия изисква допълнително свързване на химични съединения, които служат като донори на електрони за образуването на редуциращ агент. Това се дължи на спецификата на светлината като енергиен ресурс за живите системи.
Всеки вид енергиен метаболизъм може да се осъществи на базата на различни биосинтетични способности на организма. Всички прокариоти, в зависимост от характеристиките на конструктивния метаболизъм, се разделят на две групи: автотрофи и хетеротрофи. Следователно е възможноидентифицирайте 8 комбинации от видове енергия и конструктивен метаболизъм, които отразяват възможностите за начините на съществуване (хранене) на прокариотите (Таблица 12).
Всички методи на хранене съответстват на реалните прокариотни организми. Въпреки това броят на прокариотните видове, принадлежащи към групи, характеризиращи се с различни начини на хранене, далеч не е еднакъв. По-голямата част от прокариотите са концентрирани в групата с хемоорганохетеротрофен тип хранене.
Същата неравномерност в разпределението по видове хранене е присъща и на фотосинтезиращите прокариоти. Повечето (цианобактерии, лилави и зелени серни бактерии) принадлежат към групата с фотолитоавтотрофен начин на хранене.
Често за характеризиране на начина на хранене на прокариотите се използват по-общи понятия от тези, дадени в табл. 12, използвайки само две функции за тази комбинация: източник на енергия (фото-, хемо-) + източник на въглерод за изграждане на телесни вещества (авто-, хетеро-).
Изброени в табл. 12 комбинации от основните видове енергиен метаболизъм и конструктивен метаболизъм характеризират всички възможни начини за хранене на прокариотните организми. Някои прокариоти могат да съществуват само на базата на някакъв начин на хранене. Например, едноклетъчната цианобактерия Synechococcus elongatus може да използва само светлина като източник на енергия и въглероден диоксид като основен източник на въглерод в градивния метаболизъм. Характеризирайки начина на съществуване (начин на живот, тип метаболизъм) на този организъм, казваме, че той е облигатен фотолитоавтотроф.Много бактерии, принадлежащи към рода Thiobacillus, са облигатни хемолитоавтотрофи, т.е. източникът на енергия за тях са процесите на окисление на различни серни съединения, а източникът на въглерод за изграждане на телесни вещества екарбонова киселина.
Преобладаващата част от бактериите са облигатни хемоорганохетеротрофи, използващи органични съединения като източник на въглерод и енергия.
За някои представители на групата на цианобактериите, наред с фотолитоавтотрофията, е показана способност за фотолито- или хемоорганохетеротрофия. Редица хемолитоавтотрофни видове Thiobacillus могат да съществуват благодарение на използването на органични съединения като източници на енергия и въглерод, т.е. хемоорганохетеротрофно.
В горните примери метаболитните възможности на тези видове цианобактерии и Thiobacillus се оказаха много по-широки от необходимото за осъществяване на един вид метаболизъм. В този случай казваме, че тези организми са факултативни фотолитоавтотрофи или хемолитоавтотрофи, т.е. осъществяването на този вид метаболизъм не е единственото и задължително (задължително) за тях. Организми, които могат едновременно да използват два източника на въглерод (CO2 + органична материя) и / или енергия (например светлинна енергия + окислителна енергия на химично съединение), се наричат миксотрофи.
В рамките на разгледаните по-горе основни методи на хранене, които определят възможностите за съществуване на прокариотните организми, в света на прокариотите са открити много видове (форми) живот. Типът живот е понятие, което отразява, от една страна, спецификата на процесите на енергийния метаболизъм, от друга страна, спецификата на процесите на градивния метаболизъм, присъщи на определена група организми. Нека анализираме това на примера на прокариотите, за които хемооргано-хетеротрофният начин на съществуване е задължителен. Енергийните процеси на тези организми се различават по първоначалните субстрати, спецификата на междинните редокс трансформации и природата на крайните акцептори.електрони; конструктивни - с различна степен на развитие на биосинтетичните способности, т.е. различни нужди от готови хранителни вещества.
Най-примитивната и древна група енергийни процеси са процесите на ферментация, когато органичната материя служи като донор и краен акцептор на електрони, а молекулният кислород не участва в реакции с окислителен характер. Известни са млечнокисела, алкохолна, пропионова, маслена и някои други видове ферментация, всяка от които е специфична форма за решаване на "енергийния проблем" и се осъществява от група прокариоти, характеризиращи се с определени биосинтетични способности. Известни са прокариотни организми, които получават енергия поради процесите на плитко или пълно окисление на органичния субстрат от молекулярен кислород.
По този начин, въз основа на хемоорганохетеротрофния метод на хранене, могат да се разграничат няколко вида живот, представени от определени групи прокариоти, които извършват специфичен тип енергиен метаболизъм в комбинация с присъщите им характеристики на конструктивен метаболизъм.