DINH DƯỠNG TỰ DƯỠNG: ĐẶC ĐIỂM, GIAI ĐOẠN, KIỂU, VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Các chất dinh dưỡng tự dưỡng là một quá trình xảy ra ở sinh vật tự dưỡng, ở đâu, từ các chất vô cơ, các hợp chất cần thiết được tạo ra để bảo trì và phát triển của những chúng sinh. Trong trường hợp này, năng lượng đến từ ánh sáng mặt trời hoặc một số hợp chất hóa học.

Ví dụ, thực vật và tảo là những sinh vật tự dưỡng, vì chúng tự sản sinh ra năng lượng; họ không cần phải ăn những sinh vật sống khác. Ngược lại, động vật ăn cỏ, ăn tạp hay ăn thịt là những loài dị dưỡng.

Dinh dưỡng tự dưỡng. Nguồn: pixabay.com

Có tính đến loại nguồn được sử dụng trong quy trình dinh dưỡng, có các sinh vật quang tự dưỡng và hóa dưỡng. Loại thứ nhất lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời và được đại diện bởi thực vật, tảo và một số vi khuẩn quang hợp.

Mặt khác, sinh vật hóa dưỡng sử dụng các hợp chất vô cơ khử khác nhau, chẳng hạn như hydro phân tử, để thực hiện các quy trình cho phép chúng thu được chất dinh dưỡng. Nhóm này được tạo thành từ vi khuẩn.

nét đặc trưng

- Chuyển đổi năng lượng

Nguyên lý đầu tiên của nhiệt động lực học nói rằng năng lượng không bị phá hủy cũng không được tạo ra. Nó trải qua sự biến đổi trong các dạng năng lượng khác, khác với nguồn ban đầu. Theo nghĩa này, trong dinh dưỡng tự dưỡng, năng lượng hóa học và năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành các sản phẩm phụ khác nhau, chẳng hạn như glucose.

- Chuyển giao năng lượng

Chế độ dinh dưỡng tự dưỡng là đặc trưng của các sinh vật tự dưỡng, là cơ sở hình thành nên tất cả các chuỗi thức ăn. Theo nghĩa này, năng lượng được chuyển từ sinh vật tự dưỡng đến sinh vật tiêu thụ sơ cấp để tiêu thụ chúng và sau đó đến động vật ăn thịt ăn thịt sinh vật sơ cấp.

Vì vậy, thực vật, với tư cách là sinh vật tự dưỡng hoặc sinh vật sản xuất, là thức ăn chính của hươu (sinh vật tiêu thụ chính) và sư tử núi (sinh vật tiêu thụ thứ cấp), nó săn và tiêu thụ hươu. Khi sư tử chết, vi sinh vật và vi khuẩn hoạt động trên vật chất bị phân hủy, và năng lượng quay trở lại trái đất.

Trong các miệng phun thủy nhiệt, vi khuẩn tự dưỡng là sinh vật sản xuất của lưới thức ăn. Trai và ốc là loài tiêu thụ chính, ăn vi khuẩn. Đổi lại, bạch tuộc bao gồm những loài nhuyễn thể này trong chế độ ăn uống của nó.

- Cấu trúc và chất chuyên biệt

Lục lạp

Lục lạp

Lục lạp là bào quan hình bầu dục có trong tế bào của thực vật và tảo. Chúng được bao bọc bởi các lớp màng và quá trình quang hợp xảy ra bên trong chúng.

Hai mô màng bao quanh chúng có cấu trúc liên tục, phân định chúng. Lớp ngoài có tính thấm, do sự hiện diện của porin. Còn màng trong thì chứa protein, có nhiệm vụ vận chuyển các chất.

Bên trong nó có một khoang, được gọi là stroma. Có ribosome, lipid, hạt tinh bột và DNA sợi kép hình tròn. Ngoài ra, chúng có các saccules được gọi là thylakoid, có màng chứa các sắc tố quang hợp, lipid, enzym và protein.

Sắc tố quang hợp

Các sắc tố này hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, để được xử lý bởi hệ thống quang hợp.

Chất diệp lục

Chất diệp lục

Chất diệp lục là một sắc tố màu xanh lục được tạo thành từ một vòng chromoprotein gọi là porphyrin. Xung quanh nó, các điện tử di chuyển tự do, làm cho vòng có khả năng thu được hoặc mất điện tử.

Do đó, nó có khả năng cung cấp các electron được cung cấp năng lượng cho các phân tử khác. Do đó, năng lượng mặt trời được thu nhận và truyền đến các cấu trúc quang hợp khác.

Có một số loại diệp lục. Chất diệp lục a có trong thực vật và tảo. Loại b có trong thực vật và tảo lục. Mặt khác, chất diệp lục c có trong tảo đơn bào và loại d, được sở hữu bởi vi khuẩn lam.

Carotenoid

Giống như các sắc tố quang hợp khác, carotenoid thu năng lượng ánh sáng. Tuy nhiên, thêm vào đó, chúng góp phần làm tiêu tan bức xạ hấp thụ dư thừa.

Carotenoid không có khả năng sử dụng trực tiếp năng lượng ánh sáng để quang hợp. Những chất này chuyển năng lượng hấp thụ đến diệp lục, đó là lý do tại sao chúng được coi là sắc tố phụ.

Môi trường khắc nghiệt

Tardigrades, một loài Phylum nổi tiếng với khả năng sống sót trong môi trường khắc nghiệt. Nguồn: Willow Gabriel, Goldstein Lab, qua Wikimedia Commons

Nhiều sinh vật hóa trị, bao gồm cả vi khuẩn nitrat hóa, phân bố ở các hồ, biển và trên mặt đất. Tuy nhiên, một số người khác có xu hướng sống trong một số hệ sinh thái bất thường, nơi có các chất hóa học cần thiết cho quá trình oxy hóa.

Ví dụ, vi khuẩn sống trong núi lửa đang hoạt động sẽ oxy hóa lưu huỳnh để làm thức ăn cho chúng. Ngoài ra, tại Vườn Quốc gia Yellowstone, Hoa Kỳ, có những vi khuẩn nằm trong các suối nước nóng. Ngoài ra, một số sống sâu trong đại dương, gần các miệng phun thủy nhiệt.

Ở khu vực này, nước thấm qua một kẽ hở trên các tảng đá nóng. Điều này làm cho các khoáng chất khác nhau được kết hợp vào nước biển, trong đó có hydro sulfua, được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp hóa học.

Các giai đoạn của dinh dưỡng tự dưỡng

Nhìn chung, dinh dưỡng tự dưỡng phát triển theo ba giai đoạn. Đó là:

Sự đi qua màng và thu nhận năng lượng

Trong quá trình này, các phân tử vô cơ bị khử, chẳng hạn như amoniac và các phân tử vô cơ đơn giản, chẳng hạn như muối, nước và carbon dioxide, đi qua màng tế bào bán thấm, mà không làm cho tế bào lãng phí năng lượng.

Mặt khác, ở sinh vật quang dưỡng, năng lượng ánh sáng được thu nhận, là nguồn năng lượng dùng để thực hiện quá trình quang hợp.

Sự trao đổi chất

Trong quá trình dinh dưỡng tự dưỡng, một loạt các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào chất của tế bào. Kết quả của các quá trình này, năng lượng sinh hóa thu được sẽ được tế bào sử dụng để thực hiện các chức năng sống của nó.

Bài tiết

Giai đoạn cuối cùng này bao gồm việc loại bỏ tất cả các chất thải sinh ra từ quá trình chuyển hóa dinh dưỡng qua màng tế bào bán thấm.

Các loại

Xem xét loại nguồn năng lượng được sử dụng, dinh dưỡng tự dưỡng được phân loại theo hai cách, quang dưỡng và hóa dưỡng.

Photoautotrophs

Sinh vật quang dưỡng là những sinh vật lấy năng lượng để tạo ra các hợp chất hữu cơ từ ánh sáng mặt trời, một quá trình được gọi là quang hợp. Tảo lục, thực vật và một số vi khuẩn quang hợp thuộc nhóm này.

Quá trình quang hợp xảy ra trong lục lạp và có hai giai đoạn. Đầu tiên là ánh sáng. Trong đó, có sự phân ly của phân tử nước, mà năng lượng ánh sáng được sử dụng. Sản phẩm của giai đoạn này là các phân tử ATP và NADPH.

Năng lượng hóa học này được sử dụng trong giai đoạn thứ hai của quá trình, được gọi là pha tối. Điều này xảy ra trong stroma của lục lạp và nhận được tên đó vì nó không cần năng lượng ánh sáng để các quá trình hóa học diễn ra.

NADPH và ATP, sản phẩm của pha sáng, được sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như glucose, sử dụng carbon dioxide, sulfat và nitrit và nitrat như một nguồn nitơ.

Chemoautotrophs

Nitrobacter là một chi của vi khuẩn hóa dưỡng

Các sinh vật tự dưỡng, đại diện là vi khuẩn, có khả năng sử dụng các hợp chất vô cơ đã khử làm cơ sở cho quá trình trao đổi chất hô hấp.

Tương tự như các sinh vật quang tự dưỡng, nhóm này sử dụng carbon dioxide (CO2) làm nguồn carbon chính, được đồng hóa theo cách tương tự, bởi các phản ứng của chu trình Calvin. Tuy nhiên, không giống như những loài này, sinh vật hóa dưỡng không sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng.

Năng lượng mà chúng yêu cầu là sản phẩm của quá trình oxy hóa một số hợp chất vô cơ bị khử, chẳng hạn như hydro phân tử, sắt đen, hydro sunfua, amoniac và các dạng khử khác nhau của lưu huỳnh (H2S, S, S2O3-).

Hiện nay, sinh vật tự dưỡng thường được tìm thấy ở vùng nước sâu, nơi ánh sáng mặt trời gần như bằng không. Nhiều sinh vật trong số này cần sống xung quanh miệng núi lửa. Bằng cách này, môi trường đủ ấm để quá trình trao đổi chất diễn ra với tốc độ cao.

Ví dụ về sinh vật sống bằng chế độ dinh dưỡng tự dưỡng

Cây cỏ

Với một vài trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như loài ruồi Venus (Dionaea muscipula) có thể bẫy côn trùng và tiêu hóa chúng nhờ tác động của enzym, tất cả các loài thực vật đều là loài tự dưỡng hoàn toàn.

Tảo lục

Tảo lục là một nhóm tảo cận sinh, có quan hệ họ hàng gần với thực vật trên cạn. Hiện có hơn 10.000 loài khác nhau. Chúng thường sống trong nhiều môi trường nước ngọt khác nhau, mặc dù chúng có thể được tìm thấy ở một số vùng biển trên hành tinh.

Nhóm này có các sắc tố như diệp lục a và b, xanthophylls, β-caroten và một số chất dự trữ, chẳng hạn như tinh bột.

Ví dụ:

- Ulva lactuca, được biết đến với cái tên lamilla, là một loài tảo xanh lục phát triển ở vùng triều của phần lớn các đại dương. Nó có những chiếc lá dài đặc biệt, với các cạnh cuộn tròn, tạo cho nó một hình dạng giống rau diếp.

Loài này nằm trong nhóm tảo ăn được. Ngoài ra, nó còn được dùng trong ngành mỹ phẩm, sản xuất các sản phẩm dưỡng ẩm.

- Volvox aureus sống ở nước ngọt, tạo thành các khuẩn lạc hình cầu có kích thước xấp xỉ 0,5 mm. Các cụm này được tạo thành từ khoảng 300 đến 3200 tế bào, được kết nối với nhau bằng các sợi plasma. Tinh bột được tích lũy trong lục lạp và chúng có các sắc tố quang hợp như diệp lục a, b, và ß-caroten.

Vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam trước đây được biết đến với tên của vi khuẩn chloroxybacteria, tảo xanh lam và tảo xanh lam. Điều này là do nó có sắc tố diệp lục, tạo cho nó màu xanh lục. Ngoài ra, chúng có hình thái tương tự như tảo.

Đây là một nhóm vi khuẩn, được tạo thành từ các sinh vật nhân sơ duy nhất có khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời làm năng lượng và nước làm nguồn cung cấp điện tử để quang hợp.

Vi khuẩn sắt (

Vi khuẩn Acidithiobacillus ferrooxidans lấy năng lượng từ sắt đen. Trong quá trình này, các nguyên tử sắt không hòa tan trong nước được chuyển thành dạng phân tử hòa tan trong nước. Điều này đã cho phép loài này được sử dụng để chiết xuất sắt từ một số khoáng chất, nơi chúng không thể được loại bỏ theo cách thông thường.

Vi khuẩn lưu huỳnh không màu

Những vi khuẩn này biến đổi hydrogen sulfide, một sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ, thành sulfat. Hợp chất này được sử dụng bởi thực vật.

Người giới thiệu

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Dinh dưỡng tự dưỡng. Trong: Trao đổi chất, vận động và kiểm soát. Được khôi phục từ link.springer.com.
2. Bách khoa toàn thư Britannica (2019). Sự trao đổi chất tự dưỡng. Phục hồi từ britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Chụp tự động. Phục hồi từ nationalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Sinh vật tự dưỡng. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
5. Manrique, Esteban. (2003). Sắc tố quang hợp, một cái gì đó hơn là thu nhận ánh sáng để quang hợp. Phục hồi từ researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Các loại vi khuẩn dinh dưỡng. Phục hồi từ sciining.com.