AUTOTROFE VOEDING: KENMERKEN, STADIA, TYPEN, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

De autotrofe voeding is een proces dat plaatsvindt in autotrofe organismen, waar uit anorganische stoffen de nodige verbindingen worden geproduceerd voor het onderhoud en de ontwikkeling van deze levende wezens. In dit geval komt de energie uit zonlicht of enkele chemische verbindingen.

Planten en algen zijn bijvoorbeeld autotrofe organismen, omdat ze hun eigen energie produceren; ze hoeven zich niet te voeden met andere levende wezens. Daarentegen zijn herbivore, omnivore of vleesetende dieren heterotrofen.

Autotrofe voeding. Bron: pixabay.com

Rekening houdend met het type bron dat in de voedingsprocedure wordt gebruikt, zijn er foto-autotrofe en chemo-autotrofe organismen. De eerste halen hun energie uit zonlicht en worden vertegenwoordigd door planten, algen en enkele fotosynthetische bacteriën.

Aan de andere kant gebruiken chemoautotrofen verschillende gereduceerde anorganische verbindingen, zoals moleculaire waterstof, om de procedures uit te voeren waarmee ze hun voedingsstoffen kunnen verkrijgen. Deze groep bestaat uit bacteriën.

kenmerken

- Energieconversie

Het eerste principe van thermodynamica stelt dat energie noch vernietigd noch gecreëerd wordt. Het ondergaat transformaties in andere soorten energie, anders dan de oorspronkelijke bron. In die zin wordt in autotrofe voeding chemische en zonne-energie omgezet in verschillende bijproducten, zoals glucose.

- Energieoverdracht

Autotrofe voeding is typerend voor autotrofe wezens, die de basis vormen van alle voedselketens. In die zin wordt de energie overgedragen van de autotrofen naar de primaire consumenten die ze consumeren en vervolgens naar de carnivoren die de primaire consumeren.

Zo is een plant, als autotroof of producerend organisme, het belangrijkste voedsel van het hert (primaire consument) en de poema (secundaire consument), hij jaagt en eet het hert op. Wanneer de leeuw sterft, werken micro-organismen en bacteriën in op de afgebroken materie en keert de energie weer terug naar de aarde.

In hydrothermale ventilatieopeningen zijn autotrofe bacteriën het producerende organisme van het voedselweb. Mosselen en slakken zijn de belangrijkste consumenten, die zich voeden met bacteriën. Op zijn beurt neemt de octopus deze weekdieren op in zijn dieet.

- Gespecialiseerde structuren en stoffen

Chloroplasten

Chloroplast

Chloroplasten zijn ovale organellen die worden aangetroffen in de cellen van planten en algen. Ze zijn omgeven door membranen en het fotosyntheseproces vindt binnenin plaats.

De twee vliezige weefsels die hen omringen hebben een doorlopende structuur, die ze begrenzen. De buitenste laag is doorlatend door de aanwezigheid van porines. Wat betreft het binnenmembraan, het bevat eiwitten, die verantwoordelijk zijn voor het transport van stoffen.

Binnenin heeft het een holte, bekend als een stroma. Er zijn ribosomen, lipiden, zetmeelkorrels en circulair dubbelstrengs DNA. Bovendien hebben ze saccules, thylakoïden genaamd, waarvan de membranen fotosynthetische pigmenten, lipiden, enzymen en eiwitten bevatten.

Fotosynthetische pigmenten

Deze pigmenten nemen de energie uit zonlicht op om verwerkt te worden door het fotosynthesesysteem.

Chlorofyl

Chlorofyl

Chlorofyl is een groen pigment dat bestaat uit een ring van een chromoproteïne genaamd porfyrine. Eromheen migreren elektronen vrij, waardoor de ring het potentieel heeft om elektronen te winnen of te verliezen.

Hierdoor heeft het het potentieel om elektronen te leveren die worden geactiveerd voor andere moleculen. Zo wordt zonne-energie opgevangen en overgedragen naar andere fotosynthetische structuren.

Er zijn verschillende soorten chlorofyl. Chlorofyl a zit in planten en algen. Type b komt voor in planten en groene algen. Aan de andere kant is chlorofyl c aanwezig in dinoflagellaten en type d is bezeten door cyanobacteriën.

Carotenoïden

Net als andere fotosynthetische pigmenten vangen carotenoïden lichtenergie op. Daarnaast dragen ze echter bij aan de dissipatie van overtollige geabsorbeerde straling.

Carotenoïden missen het vermogen om lichtenergie direct te gebruiken voor fotosynthese. Deze dragen de geabsorbeerde energie over aan het chlorofyl, daarom worden ze als accessoire pigmenten beschouwd.

Extreme omgevingen

Tardigrades, een Phylum die bekend staat om zijn vermogen om te overleven in zeer ruige omgevingen. Bron: Willow Gabriel, Goldstein Lab, via Wikimedia Commons

Veel chemoautotrofen, waaronder nitrificerende bacteriën, worden verspreid in meren, zeeën en op de grond. Sommige anderen hebben echter de neiging om in een aantal ongebruikelijke ecosystemen te leven, waar de chemicaliën aanwezig zijn die nodig zijn om oxidatie uit te voeren.

De bacteriën die in actieve vulkanen leven, oxideren bijvoorbeeld zwavel om hun voedsel te maken. Ook in Yellowstone National Park, in de Verenigde Staten, zijn er bacteriën die zich in warmwaterbronnen bevinden. Sommigen leven ook diep in de oceaan, dicht bij hydrothermale ventilatieopeningen.

In dit gebied sijpelt water door een spleet in de hete rotsen. Hierdoor worden verschillende mineralen in het zeewater opgenomen, waaronder waterstofsulfide, dat door bacteriën wordt gebruikt voor chemosynthese.

Stadia van autotrofe voeding

Over het algemeen ontwikkelt autotrofe voeding zich in drie fasen. Dit zijn:

De membraandoorgang en het vangen van energie

In dit proces passeren gereduceerde anorganische moleculen, zoals ammoniak, en eenvoudige anorganische moleculen, zoals zouten, water en kooldioxide, het semi-permeabele celmembraan, zonder dat de cel enig energieverbruik veroorzaakt.

Aan de andere kant wordt in foto-autotrofe organismen lichtenergie opgevangen, de bron die wordt gebruikt om het fotosyntheseproces uit te voeren.

Metabolisme

Tijdens autotrofe voeding vindt een reeks chemische reacties plaats in het celcytoplasma. Als resultaat van deze processen wordt de biochemische energie verkregen die de cel zal gebruiken om zijn vitale functies uit te voeren.

Uitscheiding

Deze laatste fase bestaat uit de eliminatie, via het semi-permeabele celmembraan, van alle afvalproducten die afkomstig zijn van het voedingsmetabolisme.

Soorten

Rekening houdend met het type gebruikte energiebron, wordt autotrofe voeding op twee manieren geclassificeerd: foto-autotroof en chemo-autotroof.

Photoautotrofen

Fotoautotrofen zijn organismen die de energie verkrijgen om organische verbindingen te maken uit zonlicht, een proces dat fotosynthese wordt genoemd. Groene algen, planten en enkele fotosynthetische bacteriën behoren tot deze groep.

Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten en kent twee fasen. De eerste is de lichte. Hierin is sprake van een dissociatie van het watermolecuul, waarvoor lichtenergie wordt gebruikt. Het product van deze fase zijn ATP- en NADPH-moleculen.

Deze chemische energie wordt gebruikt in de tweede fase van het proces, de zogenaamde donkere fase. Dit gebeurt in het stroma van chloroplasten en krijgt die naam omdat er geen lichtenergie voor nodig is om chemische processen te laten plaatsvinden.

NADPH en ATP, het product van de lichte fase, worden gebruikt om organisch materiaal, zoals glucose, te synthetiseren met behulp van koolstofdioxide, sulfaten en nitrieten en nitraten als stikstofbron.

Chemoautotrofen

Nitrobacter is een geslacht van chemotrofe bacteriën

Chemoautotrofe organismen, vertegenwoordigd door bacteriën, zijn in staat gereduceerde anorganische verbindingen te gebruiken als basis voor respiratoir metabolisme.

Op dezelfde manier als fotoautotrofen, gebruikt deze groep kooldioxide (CO2) als de belangrijkste bron van koolstof, die op dezelfde manier wordt geassimileerd door de reacties van de Calvin-cyclus. In tegenstelling tot deze gebruiken chemoautotrofen zonlicht echter niet als energiebron.

De energie die ze nodig hebben is het product van de oxidatie van een aantal gereduceerde anorganische verbindingen, zoals moleculaire waterstof, ferro-ijzer, waterstofsulfide, ammoniak en verschillende gereduceerde vormen van zwavel (H2S, S, S2O3-).

Momenteel worden chemoautotrofen vaak aangetroffen in diep water, waar zonlicht bijna nul is. Veel van deze organismen moeten rond vulkanische openingen leven. Op deze manier is de omgeving warm genoeg om het metabolische proces in een hoog tempo te laten plaatsvinden.

Voorbeelden van levende wezens met autotrofe voeding

De planten

Op enkele uitzonderingen na, zoals de vliegenval van Venus (Dionaea muscipula) die insecten kan vangen en verteren door enzymatische werking, zijn alle planten uitsluitend autotroof.

Groene algen

Groene algen zijn een parafyletische groep algen, die nauw verwant zijn aan landplanten. Er zijn momenteel meer dan 10.000 verschillende soorten. Ze leven over het algemeen in verschillende zoetwaterhabitats, hoewel ze in sommige zeeën op de planeet kunnen worden aangetroffen.

Deze groep heeft pigmenten zoals chlorofyl a en b, xanthofylen, β-caroteen en enkele reservestoffen, zoals zetmeel.

Voorbeelden:

- Ulva lactuca, bekend als lamilla, is een groene alg die groeit in de getijdenzone van de overgrote meerderheid van de oceanen. Het heeft bijzonder lange bladeren, met gekrulde randen, waardoor het een sla-uiterlijk krijgt.

Deze soort behoort tot de groep eetbare algen. Bovendien wordt het gebruikt in de cosmetische industrie, bij de productie van vochtinbrengende producten.

- Volvox aureus leeft in zoet water en vormt bolvormige kolonies van ongeveer 0,5 millimeter. Deze clusters bestaan ​​uit zo'n 300 tot 3200 cellen, die onderling verbonden zijn door plasmavezels. Zetmeel wordt opgehoopt in chloroplasten en ze hebben fotosynthetische pigmenten zoals chlorofyl a, b en ß-caroteen.

Cyanobacteriën

Cyanobacteriën waren voorheen bekend onder de namen van chloroxybacteriën, blauwgroene algen en blauwgroene algen. Dit komt omdat het chlorofylpigmenten heeft, die het die groene tint geven. Ze hebben ook een morfologie die lijkt op algen.

Dit is een phylum van bacteriën, bestaande uit de enige prokaryoten die zonlicht kunnen gebruiken als energie en water als een bron van elektronen voor fotosynthese.

IJzerbacteriën (

De bacteriën Acidithiobacillus ferrooxidans halen energie uit ferro-ijzer. Bij dit proces worden de onoplosbare ijzeratomen in water omgezet in een oplosbare moleculaire vorm in water. Hierdoor kon deze soort worden gebruikt om ijzer uit sommige mineralen te halen, waar ze niet op een conventionele manier konden worden verwijderd.

Kleurloze zwavelbacteriën

Deze bacteriën zetten waterstofsulfide, een product van de afbraak van organisch materiaal, om in sulfaat. Deze verbinding wordt gebruikt door planten.

Referenties

1. Boyce A., Jenking CM (1980) Autotrofe voeding. In: Metabolisme, beweging en controle. Opgehaald van link.springer.com.
2. Encyclopaedia Britannica (2019). Autotroof metabolisme. Opgehaald van britannica.com
3. Kim Rutledge, Melissa McDaniel, Diane Boudreau, Tara Ramroop, Santani Teng, Erin Sprout, Hilary Costa, Hilary Hall, Jeff Hunt (2011). Autotrof. Opgehaald van nationalgeographic.org.
4. F. Sage (2008). Autotrofen. Opgehaald van sciencedirect.com.
5. Manrique, Esteban. (2003). Fotosynthetische pigmenten, iets meer dan het vangen van licht voor fotosynthese. Opgehaald van researchgate.net.
6. Martine Altido (2018). Nutritionele soorten bacteriën. Opgehaald van sciencing.com.