المجموعات الغذائية الأساسية
 | تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( سبتمبر 2010 ) |
المجموعات الغذائية الأولية هي مجموعات من الكائنات الحية ، مقسمة حسب نمط التغذية حسب مصادر الطاقة والكربون اللازمة للعيش والنمو والتكاثر. مصادر الطاقة يمكن أن تكون الضوء أو المركبات الكيميائية؛ مصادر الكربون يمكن أن تكون من أصل عضوي أو غير عضوي. [1]
لا تشير مصطلحات التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي والتخمير ( الفسفرة على مستوى الركيزة ) إلى المجموعات الغذائية الأولية، ولكنها تعكس ببساطة الاستخدام المختلف لمستقبلات الإلكترون المحتملة في كائنات حية معينة، مثل O 2 في التنفس الهوائي، أو النترات ( NO 2) .-
3), كبريتات ( SO2-4
) أو فومارات في التنفس اللاهوائي، أو وسطاء أيضيون مختلفون في التخمير.
المصادر الأساسية للطاقة
تمتص الكائنات الضوئية الضوء في المستقبلات الضوئية وتحوله إلى طاقة كيميائية،
بينما تطلق الكائنات الكيميائية الطاقة الكيميائية.
يتم تخزين الطاقة المحررة كطاقة كامنة في ATP أو الكربوهيدرات أو البروتينات . وفي النهاية، يتم استخدام الطاقة في العمليات الحيوية مثل الحركة والنمو والتكاثر.
يمكن للنباتات وبعض البكتيريا التناوب بين التغذية الضوئية والكيميائية، اعتمادًا على توفر الضوء.
المصادر الأولية للمكافئات المخفضة
تستخدم الكائنات العضوية المركبات العضوية كمصدر للإلكترون/الهيدروجين .
تستخدم الكائنات الليثوتروفية المركبات غير العضوية كمصدر للإلكترون/الهيدروجين.
تحتاج الكائنات الضوئية والكيميائية إلى الإلكترونات أو ذرات الهيدروجين من المكافئات المختزلة (المانحة للإلكترونات) في تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تنقل الطاقة في العمليات الابتنائية لتخليق ثلاثي فوسفات الأدينوزين (في الكائنات غيرية التغذية) أو التخليق الحيوي (في الكائنات ذاتية التغذية). يتم أخذ الإلكترونات أو ذرات الهيدروجين من البيئة.
غالبًا ما تكون الكائنات العضوية التغذية أيضًا غيرية التغذية، حيث تستخدم المركبات العضوية كمصدر للإلكترونات والكربون. وبالمثل، غالبًا ما تكون الكائنات الليثوغذائية ذاتية التغذية أيضًا، حيث تستخدم مصادر غير عضوية للإلكترونات وثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون غير العضوي.
يمكن لبعض البكتيريا الليثوتروفية الاستفادة من مصادر متنوعة للإلكترونات، اعتمادًا على توافر المتبرعين المحتملين.
لا يتم أخذ المواد العضوية أو غير العضوية (مثل الأكسجين) المستخدمة كمستقبلات للإلكترونات اللازمة في العمليات الهدمية للتنفس والتخمير الهوائي أو اللاهوائي في الاعتبار هنا.
على سبيل المثال، تعتبر النباتات كائنات حية تتغذى على الحصى لأنها تستخدم الماء كمصدر للإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترونات عبر غشاء الثايلاكويد. أما الحيوانات فهي كائنات حية عضوية لأنها تستخدم المركبات العضوية كمصدر للإلكترونات لتخليق ثلاثي فوسفات الأدينوزين (وتقوم النباتات بهذا أيضًا، ولكن هذا لا يؤخذ في الاعتبار). وكلاهما يستخدم الأكسجين في عملية التنفس كمستقبل للإلكترونات، ولكن هذه الخاصية لا تُستخدم لتعريفها ككائنات حية تتغذى على الحصى.
المصادر الأولية للكربون
تقوم الكائنات غيرية التغذية باستقلاب المركبات العضوية للحصول على الكربون اللازم للنمو والتطور.تستخدم
الكائنات ذاتية التغذية ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) كمصدر للكربون.
الطاقة والكربون
| مصدر الطاقة | ضوء | صورة- | -تروف | ||
| الجزيئات | كيميائي- | ||||
| مانح الالكترون | المركبات العضوية | عضوي- | |||
| المركبات غير العضوية | ليثو- | ||||
| مصدر الكربون | المركبات العضوية | مغاير | |||
| ثاني أكسيد الكربون | آلي- | ||||
الكائن الحي الكيميائي العضوي غير العضوي هو الكائن الحي الذي يحتاج إلى ركائز عضوية للحصول على الكربون اللازم للنمو والتطور، ويحصل على طاقته من تحلل مركب عضوي. يمكن تقسيم هذه المجموعة من الكائنات الحية وفقًا لنوع الركيزة العضوية والمركب الذي تستخدمه. المحللات هي أمثلة على الكائنات الحية الكيميائية العضوية غير العضوية التي تحصل على الكربون والإلكترونات أو الهيدروجين من المواد العضوية الميتة. الحيوانات العاشبة والحيوانات آكلة اللحوم هي أمثلة على الكائنات الحية التي تحصل على الكربون والإلكترونات أو الهيدروجين من المواد العضوية الحية.
الكائنات العضوية الكيميائية هي كائنات حية تستخدم الطاقة الكيميائية في المركبات العضوية كمصدر للطاقة وتحصل على الإلكترونات أو الهيدروجين من المركبات العضوية، بما في ذلك السكريات (أي الجلوكوز ) والدهون والبروتينات. [2] تحصل الكائنات العضوية الكيميائية أيضًا على ذرات الكربون التي تحتاجها للوظيفة الخلوية من هذه المركبات العضوية.
جميع الحيوانات هي كائنات كيميائية غير متجانسة (أي أنها تؤكسد المركبات الكيميائية كمصدر للطاقة والكربون)، وكذلك الفطريات ، والكائنات الأولية ، وبعض البكتيريا . والتمييز المهم بين هذه المجموعة هو أن الكائنات الكيميائية العضوية تؤكسد المركبات العضوية فقط بينما تستخدم الكائنات الكيميائية العضوية أكسدة المركبات غير العضوية كمصدر للطاقة. [3]
جدول التمثيل الغذائي الأساسي
يقدم الجدول التالي بعض الأمثلة لكل مجموعة غذائية: [4] [5] [6] [7]
مصدر الطاقة |
مانح
الإلكترون/ ذرة الهيدروجين |
مصدر الكربون | اسم | أمثلة |
|---|---|---|---|---|
| صورة ضوء الشمس |
عضوي - عضوي- |
عضوي - غيري التغذية |
صورة كائنات غيرية التغذية العضوية | بعض البكتيريا: رودوباكتر ، وبعض العتائق (Haloarchaea) [8] |
| ثاني أكسيد الكربون - ذاتي التغذية |
صورة كائنات عضوية ذاتية التغذية | بعض البكتيريا تقوم بعملية التمثيل الضوئي الخالي من الأكسجين وتثبيت الكربون الجوي (الكلوروفليكسيا، الهليوباكتيريوم) | ||
| غير عضوي -ليثو- * |
عضوي - غيري التغذية |
صورة ليثو غيرية التغذية | البكتيريا الأرجوانية الخالية من الكبريت | |
| ثاني أكسيد الكربون - ذاتي التغذية |
صورة ليثو ذاتية التغذية | بعض البكتيريا ( البكتيريا الزرقاء )، وبعض حقيقيات النوى ( الطحالب حقيقية النواة ، والنباتات الأرضية ). البناء الضوئي . | ||
| تكسير المركبات الكيميائية |
عضوي - عضوي- |
عضوي - غيري التغذية |
كائنات عضوية غيرية التغذية الكيميائية | الكائنات البدائية المفترسة والطفيلية والمتطفلة . بعض الكائنات حقيقية النواة ( الكائنات الأولية غيرية التغذية ، الفطريات ، الحيوانات ) |
| ثاني أكسيد الكربون - ذاتي التغذية |
عضوي كيميائي ذاتي التغذية | بعض العتائق ( العتائق الميثانوتروفية اللاهوائية ). [9] التخليق الكيميائي ، بكتيريا الإشريكية القولونية ذاتية التغذية صناعيًا [10] وخميرة بيتشيا باستوريس . [11] | ||
| غير عضوي -ليثو- * |
عضوي - غيري التغذية |
كائنات غيرية التغذية كيميائية ليثو | بعض البكتيريا ( Oceanithermus profundus ) [12] | |
| ثاني أكسيد الكربون - ذاتي التغذية |
كائنات حية دقيقة ذاتية التغذية | بعض البكتيريا ( نيتروباكتر ) وبعض العتائق ( ميثانوبكتيريا ) . |
*يستخدم بعض المؤلفين -hydro- عندما يكون المصدر هو الماء.
الجزء الأخير الشائع -troph هو من الكلمة اليونانية القديمة τροφή trophḗ "التغذية".
كائنات مختلطة التغذية
يمكن لبعض الكائنات الحية، وحيدة الخلية عادةً، التبديل بين أوضاع أيضية مختلفة، على سبيل المثال بين التغذية الضوئية الذاتية، والتغذية الضوئية غيرية التغذية، والتغذية الكيميائية غيرية التغذية في Chroococcales . [13] يمكن لـ Rhodopseudomonas palustris - مثال آخر - أن تنمو مع أو بدون الأكسجين ، وتستخدم إما الضوء أو المركبات غير العضوية أو العضوية للحصول على الطاقة. [14] قد تهيمن مثل هذه الكائنات المختلطة التغذية على موطنها ، بسبب قدرتها على استخدام المزيد من الموارد مقارنة بالكائنات ذاتية التغذية الضوئية أو غيرية التغذية العضوية. [15]
أمثلة
قد توجد جميع أنواع التركيبات في الطبيعة، ولكن بعضها أكثر شيوعًا من غيرها. على سبيل المثال، معظم النباتات ذاتية التغذية ضوئيًا ، لأنها تستخدم الضوء كمصدر للطاقة، والماء كمانح للإلكترونات، وثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون. جميع الحيوانات والفطريات كيميائية عضوية غير عضوية ، لأنها تستخدم المواد العضوية كمصدر للطاقة الكيميائية وكمانح للإلكترونات/الهيدروجين ومصادر للكربون. ومع ذلك، لا تقتصر بعض الكائنات الحية الدقيقة حقيقية النواة على نمط غذائي واحد فقط. على سبيل المثال، تعيش بعض الطحالب ذاتية التغذية ضوئيًا في الضوء، ولكنها تتحول إلى غير عضوية كيميائية في الظلام. حتى النباتات الأعلى احتفظت بقدرتها على التنفس غير العضوي على النشا في الليل والذي تم تصنيعه ضوئيًا أثناء النهار.
تظهر بدائيات النوى تنوعًا كبيرًا في الفئات الغذائية . [16] على سبيل المثال، يمكن أن تكون البكتيريا الزرقاء والعديد من بكتيريا الكبريت الأرجوانية ذاتية التغذية ضوئيًا ، باستخدام الضوء للحصول على الطاقة، و H 2 O أو الكبريتيد كمصدر للإلكترون/الهيدروجين، وCO 2 كمصدر للكربون، في حين يمكن أن تكون البكتيريا الخضراء غير الكبريتية غير عضوية التغذية ضوئيًا ، باستخدام الجزيئات العضوية كمصدر للإلكترون/الهيدروجين ومصادر للكربون. [8] [16] العديد من البكتيريا هي عضوية غير عضوية التغذية كيميائية التغذية ، باستخدام الجزيئات العضوية كمصدر للطاقة، ومصادر للإلكترون/الهيدروجين والكربون. [8] تقتصر بعض البكتيريا على مجموعة غذائية واحدة فقط، في حين أن البعض الآخر اختياري ويتحول من وضع إلى آخر، اعتمادًا على مصادر المغذيات المتاحة. [16] البكتيريا المؤكسدة للكبريت والحديد والأناموكس وكذلك الميثانوجينات هي ذاتية التغذية كيميائية التغذية ، باستخدام الطاقة غير العضوية والإلكترون والكربون. إن الكائنات الحية غير ذاتية التغذية الكيميائية نادرة لأن التغذية غيرية التغذية تعني توفر ركائز عضوية، والتي يمكن أن تعمل أيضًا كمصدر سهل للإلكترونات، مما يجعل التغذية الحجرية غير ضرورية. إن الكائنات الحية ذاتية التغذية الضوئية نادرة لأن مصدرها العضوي للإلكترونات/الهيدروجين من شأنه أن يوفر مصدرًا سهلًا للكربون، مما يؤدي إلى التغذية غيرية التغذية.
مكنت جهود علم الأحياء الاصطناعي من تحويل النمط الغذائي لاثنين من الكائنات الحية الدقيقة النموذجية من التغذية غيرية التغذية إلى التغذية الذاتية الكيميائية العضوية:
- تم تعديل البكتيريا الإشريكية القولونية وراثيًا ثم تطورت في المختبر لاستخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر وحيد للكربون مع استخدام جزيء الفورمات أحادي الكربون كمصدر للإلكترونات. [10]
- تم تعديل الخميرة الميثيلوتروفية بيتشيا باستوريس وراثيًا لاستخدام ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون بدلاً من الميثانول ، بينما ظل الأخير مصدرًا للإلكترونات للخلايا. [11]
انظر أيضا
الملاحظات والمراجع
- ^ Eiler A (ديسمبر 2006). "الدليل على انتشار البكتيريا المختلطة التغذية في المحيط العلوي: الآثار والعواقب". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي . 72 (12): 7431– 7. Bibcode :2006ApEnM..72.7431E. doi :10.1128/AEM.01559-06. PMC 1694265. PMID 17028233. الجدول
1: تعريفات الاستراتيجيات الأيضية للحصول على الكربون والطاقة
- ^ Todar K (2009). "كتاب Todar's Online Textbook of Bacteriology". Nutrition and Growth of Bacteria . تم الاسترجاع في 2014-04-19 .
- ^ Kelly DP, Mason J, Wood A (1987). "Energy Metabolism in Chemolithotrophs". في van Verseveld HW, Duine JA (المحرران). Microbial Growth on C1 Compounds . Springer. ص 186– 7. doi :10.1007/978-94-009-3539-6_23. ISBN 978-94-010-8082-8.
- ^ Lwoff A, Van Niel CB, Ryan TF, Tatum EL (1946). "تسمية الأنواع الغذائية للكائنات الحية الدقيقة" (PDF) . ندوات كولد سبرينج هاربور حول علم الأحياء الكمي . 11 (الطبعة الخامسة): 302-3 .
- ^ Andrews JH (1991). علم البيئة المقارن للكائنات الحية الدقيقة والكائنات الحية الكبيرة. Springer. ص 68. ISBN 978-0-387-97439-2.
- ^ Yafremava LS, Wielgos M, Thomas S, Nasir A, Wang M, Mittenthal JE, Caetano-Anollés G (2013). "إطار عام لاستراتيجيات الاستمرار للأنظمة البيولوجية يساعد في شرح مجالات الحياة". Frontiers in Genetics . 4 : 16. doi : 10.3389/fgene.2013.00016 . PMC 3580334. PMID 23443991 .
- ^ Margulis L ، McKhann HI، Olendzenski L، محرران (1993). Illustrated Glossary of Protoctista: Vocabulary of the Algae, Apicomplexa, Ciliates, Foraminifera, Microspora, Water Molds, Slime Molds, and the Other Protoctists. Jones & Bartlett Learning. ص. xxv. ISBN 978-0-86720-081-2.
- ^ abc Morris, J. et al. (2019). "علم الأحياء: كيف تعمل الحياة"، الطبعة الثالثة، WH Freeman. ISBN 978-1319017637
- ^ Kellermann MY, Wegener G, Elvert M, Yoshinaga MY, Lin YS, Holler T, et al. (نوفمبر 2012). "التغذية الذاتية كوضع سائد لتثبيت الكربون في المجتمعات الميكروبية المؤكسدة للميثان اللاهوائي". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (47): 19321– 6. Bibcode :2012PNAS..10919321K. doi : 10.1073/pnas.1208795109 . PMC 3511159. PMID 23129626 .
- ^ ab Gleizer S, Ben-Nissan R, Bar-On YM, Antonovsky N, Noor E, Zohar Y, et al. (نوفمبر 2019). "تحويل الإشريكية القولونية لتوليد كل الكربون الحيوي من ثاني أكسيد الكربون". Cell . 179 (6): 1255–1263.e12. doi :10.1016/j.cell.2019.11.009. PMC 6904909. PMID 31778652 .
- ^ ab Gassler T, Sauer M, Gasser B, Egermeier M, Troyer C, Causon T, et al. (ديسمبر 2019). "يتم تحويل الخميرة الصناعية Pichia pastoris من كائن غيري التغذية إلى كائن ذاتي التغذية قادر على النمو على ثاني أكسيد الكربون". Nature Biotechnology . 38 (2): 210– 6. doi :10.1038/s41587-019-0363-0. PMC 7008030. PMID 31844294 .
- ^ Miroshnichenko ML, L'Haridon S, Jeanthon C, Antipov AN, Kostrikina NA, Tindall BJ, et al. (مايو 2003). "Oceanithermus profundus gen. nov., sp. nov., a thermophilic, microaerophilic, facultatively chemolithoheterotrophic bacterium from a deep-sea hydrothermal vent". المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 53 (الجزء 3): 747– 52. doi : 10.1099/ijs.0.02367-0 . PMID 12807196.
- ^ Rippka R (مارس 1972). "التنوع الضوئي والتنوع الكيميائي بين الطحالب الخضراء المزرقة وحيدة الخلية". أرشيف علم الأحياء الدقيقة . 87 (1): 93- 98. doi :10.1007/BF00424781. S2CID 155161.
- ^ لي، ميجي؛ نينج، بينج؛ صن، يي؛ لوه، جيه؛ يانغ، جيانمينج (2022). "خصائص وتطبيقات رودوبسيودوموناس بالوستريس كمصنع للخلايا الميكروبية". فرونتيرز في الهندسة الحيوية والتكنولوجيا الحيوية . 10 : 897003. doi : 10.3389/fbioe.2022.897003 . ISSN 2296-4185. PMC 9133744. PMID 35646843 .
- ^ Eiler A (ديسمبر 2006). "الدليل على انتشار البكتيريا المختلطة التغذية في المحيط العلوي: الآثار والعواقب". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي . 72 (12): 7431–7 . رمز Bibcode :2006ApEnM..72.7431E. doi :10.1128/AEM.01559-06. PMC 1694265. PMID 17028233 .
- ^ abc Tang KH, Tang YJ, Blankenship RE (2011). "مسارات التمثيل الغذائي للكربون في البكتيريا الضوئية وتأثيراتها التطورية الأوسع". Front Microbiol . 2 : 165. doi : 10.3389/fmicb.2011.00165 . PMC 3149686. PMID 21866228 .
