Организмы

 Организмы, синтезирующие необходимые для  них питательные вещества, называются автотрофными («самопитающимися»). Автотрофам для их существования достаточно наличия воды, двуокиси углерода, неорганических солей и подходящего источника энергии. Зеленые растения и пурпурные бактерии являются фотосинтезирующими автотрофами: они получают энергию, необходимую для синтеза органических молекул, от солнечного света. Некоторые бактерии являются хемосинтезирующими автотрофами; они получают энергию за счет окисления неорганических соединений, например аммиака или сероводорода. Эти бактерии содержат специальные ферментные системы, катализирующие окисление названных соединений и сопрягающие окисление с образованием богатых энергий фосфатов. Например, нитритные бактерии (Nitrosomonas) окисляют аммиак до нитритов; Nitrobacter и другие нитратные бактерии окисляют нитриты до нитратов. Железные бактерии окисляют закисное железо до окисного. Некоторые другие бактерии окисляют сероводород до сульфатов. Энергия, полученная при этих процессах окисления, превращается в биологически доступную энергию АТФ, которая может быть использована для синтеза любых органических веществ, необходимых для поддержания жизни и роста. Нитритные и нитратные бактерии, встречающиеся в огромных количествах, играют также важную роль в круговороте азота: в результате их жизнедеятельности аммиак превращается в легко доступные для зеленых растений нитраты. 
   Пурпурные бактерии содержат пигменты, которые могут использовать солнечную энергию для фиксации двуокиси углерода в виде углеводов. Однако у них эта реакция не приводит к образованию молекулярного кислорода и источником водорода служит не вода, как при фотосинтезе у зеленых растений, а сероводород, молекулярный водород или некоторые органические соединения, например янтарная кислота. 
   В отличие от автотрофов гетеротрофные организмы неспособны синтезировать питательные вещества из неорганических соединений. Гетеротрофы вынуждены поэтому либо жить за счет автотрофов, либо питаться разлагающимися остатками. К гетеротрофам относятся все животные, грибы и большинство бактерий. 
   Существуют различные типы гетеротрофного питания. Гетеротрофы могут поедать целые организмы или отдельные их части, а затем переваривать эту пищу и наконец всасывать в ходе процесса, называемого голозойным питанием. Голозойные организмы вынуждены постоянно отыскивать, ловить и поедать другие организмы. Лягушки ловят и поедают мух, кошки поедают птиц, соколы поедают мышей. У голозойных животных в процессе эволюции развились разнообразные чувствительные, нервные и мышечные структуры, помогающие им находить и ловить пищу. Превращение этой пищи в низкомолекулярные соединения, которые могут быть усвоены, происходит при помощи пищеварительной системы. Насекомоядные растения, такие, как венерина мухоловка, росянка и саррацения, помимо способности к фотосинтезу, обладают способностью улавливать и переваривать насекомых и других мелких животных. От этих организмов растения получают аминокислоты и другие соединения азота, которые ускоряют их рост. 
   Травоядные животные питаются зелеными растениями и получают из содержимого растительных клеток богатые энергией соединения, которые растения синтезируют, используя энергию солнечного света. Другие голозойные животные — плотоядные (мясоеды) — поедают других животных, питающихся растениями. Многие животные всеядны — они могут питаться как растениями, так и животными. Но в конечном итоге все гетеротрофные организмы получают богатые энергией питательные вещества от автотрофных организмов — зеленых растений, которые используют для синтеза этих соединений солнечную энергию. 
   Дрожжи, плесневые грибы и большинство бактерий не могут заглатывать твердую пищу; они поглощают необходимые им органические вещества непосредственно через клеточные стенки. Такой тип гетеротрофного питания называется сапрофитным. Сапрофиты могут расти только в таких местах, где имеются разлагающиеся организмы, животные или растительные, или же скопления продуктов жизнедеятельности растений и животных. 
   Дрожжи — типичные сапрофитные растения. Они нуждаются лишь в неорганических солях, кислороде и определенном типе сахара. Последний служит источником энергии и исходным продуктом для образования всех других необходимых для жизни веществ — белков, жиров, нуклеиновых кислот, витаминов и т. п. При достаточном доступе кислорода дрожжи получают энергию в результате полного окисления глюкозы до двуокиси углерода и воды через цикл превращения органических кислот с образованием лимонной кислоты. При недостатке кислорода дрожжи сбраживают глюкозу с образованием спирта и двуокиси углерода. Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту в ходе гликолиза и дальнейшее превращение пировиноградной кислоты в спирт и двуокись углерода дает всего около ¹/₂ энергии, получаемой при полном окислении глюкозы; поэтому в отсутствие кислорода дрожжи растут очень медленно. 
   Дрожжи используются для производства всех спиртных напитков, а также технического этилового спирта, используемого во многих производственных процессах в качестве растворителя или сырья, например, для получения пластмасс и синтетического каучука. Дрожжи весьма устойчивы к токсическому действию спирта и продолжают образовывать его до тех пор, пока его концентрация не достигнет 12%, после чего их жизнедеятельность подавляется. Для получения более крепких спиртных напитков (например, коньяка или виски) вино или сусло подвергают перегонке. 
   При добавлении к тесту дрожжи сбраживают некоторые сахара, превращая их в спирт и двуокись углерода. Большая часть спирта в процессе хлебопечения испаряется, тогда как пузырьки С02 заставляют тесто подниматься, благодаря чему хлеб получается пышным и ноздреватым. 
   Для некоторых сапрофитов источником энергии, помимо сахаров, могут служить другие органические соединения. Например, хлебная плесень (Neurospora) развивается только на средах, содержащих, помимо солей и сахара, витамин биотин. 
   Третий тип гетеротрофного питания, встречающийся как у растений, так и у животных, это паразитизм. Паразит живет внутри или на поверхности организма растения или животного, называемого хозяином, и питается за счет последнего. Почти каждый живой организм служит хозяином для одного или большего числа паразитов. Некоторые растения, например омела, питаются частично как паразиты, частично как автотрофы; они содержат хлорофилл и поэтому способны синтезировать некоторые питательные вещества, но ряд других питательных веществ они получают от других растений, врастая в их стебли своими корнями. Паразиты питаются, либо заглатывая и переваривая твердые частицы, либо всасывая органические вещества через клеточные стенки из соков или тканей организма-хозяина. Одни паразиты почти безвредны или совершенно безвредны для хозяина, который иногда даже не замечает их присутствия. Другие вызывают у хозяина определенные заболевания, разрушая его клетки или выделяя токсичные продукты, которые вмешиваются в процессы его обмена веществ. К патогенным (болезнетворным) паразитам человека и животных относятся вирусы, бактерии, грибы, простейшие и ряд червей. Большинство болезней растений вызывается паразитическими грибами, некоторые другие — вирусами, червями или насекомыми. 
   Поразительно, что обычно распространение данного паразита ограничивается одним или несколькими видами хозяев. Например, большая часть организмов, паразитирующих у человека, не поражает животных или встречается только у животных, наиболее родственных человеку, например у обезьян. Другие паразиты человека имеют весьма разнообразных хозяев и поражают весьма различные виды млекопитающих или птиц. Такие сапрофиты, как дрожжи или хлебная плесень, легко культивируются в лабораторных условиях; для их роста необходимы только минеральные соли, глюкоза и, может быть, один или два витамина. К тому же они способны развиваться при довольно значительных колебаниях температуры. В отличие от них паразитические бактерии развиваются обычно только при температурах, близких к температуре тела хозяина, и на сложных средах, содержащих сахара, аминокислоты и витамины. Некоторые же бактерии растут только при наличии в среде крови, экстрактов из печени или из дрожжей, содержащих один или более неизвестных факторов роста. Наконец, определенные паразиты, например риккетсии и вирусы, можно выращивать только в присутствии живых клеток. Например, вирус полиомиелита может расти в культуре клеток человека или в почке макака-резуса.