Τι είναι τα αυτότροφα;

Οι αυτότροφοι είναι οργανισμοί που χρησιμοποιούν ανόργανες χημικές ουσίες για να παράγουν τη δική τους τροφή. Ο όρος «αυτότροφος» επινοήθηκε για πρώτη φορά από έναν βοτανολόγο, τον Albert Bernhard Frank, το 1892. Ο όρος «αυτότροφος» είναι ένας συνδυασμός δύο ελληνικών λέξεων:«auto» που σημαίνει «εαυτός» και «troph» που σημαίνει «τροφή». Έτσι, με λίγα λόγια, ένας αυτότροφος είναι ένας οργανισμός που τρέφεται χωρίς να χρειάζεται να εξαρτάται από άλλους οργανισμούς.

Οι αυτότροφοι είναι οργανισμοί που χρησιμοποιούν ανόργανες χημικές ουσίες για να παράγουν τη δική τους τροφή. Ο όρος «αυτότροφος» επινοήθηκε για πρώτη φορά από έναν βοτανολόγο, τον Albert Bernhard Frank, το 1892. Ο όρος «αυτότροφος» είναι ένας συνδυασμός δύο ελληνικών λέξεων:«auto» που σημαίνει «εαυτός» και «troph» που σημαίνει «τροφή». Έτσι, με λίγα λόγια, ένας αυτότροφος είναι ένας οργανισμός που τρέφεται χωρίς να χρειάζεται να εξαρτάται από άλλους οργανισμούς.

Autotrophs (Φωτογραφία:Pixabay)

Σημασία των αυτότροφων

Η ίδια η ύπαρξή μας οφείλεται στα αυτότροφα. Στην πραγματικότητα, όχι μόνο εμείς, αλλά όλες οι άλλες μορφές ζωής έχουν προέλθει από την κριτική δουλειά των αυτότροφων. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αυτότροφα δημιουργούν σάκχαρα από αέριο διοξείδιο του άνθρακα και άλλες χημικές ενώσεις μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Για παράδειγμα, δεν θα μπορούσε να υπάρξει κανένα φυτοφάγο ζώο και, επομένως, κανένα σαρκοφάγο ζώο που τρώει φυτοφάγα δεν θα μπορούσε να επιβιώσει.

Τα αυτότροφα ονομάζονται συχνά παραγωγοί και αποτελούν την κύρια βάση στήριξης της τροφικής αλυσίδας σε κάθε οικοσύστημα, παρέχοντας το καύσιμο που χρειάζονται όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί για να υπάρχουν.

Είναι πιθανό ότι η πρώτη μορφή ζωής στη Γη ήταν μια αυτότροφη. Για να υπάρξει, θα χρειαζόταν να φτιάξει τη δική του ενέργεια, καθώς δεν θα υπήρχαν άλλες βιολογικές επιλογές για την αξιοποίηση της ενέργειας.

Τα ετερότροφα -οργανισμοί που δεν μπορούν να φτιάξουν μόνοι τους την τροφή τους συλλαμβάνοντας φως ή χημική ενέργεια- λογικά εξελίχθηκαν από τα αυτότροφα. Ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι η πανταχού παρουσία των ετερότροφων οφείλεται στο γεγονός ότι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν διαπιστώσει ότι είναι ευκολότερο να τρώμε απλά ένα αυτότροφο για να αντλήσουμε ενέργεια για βιολογικές διεργασίες προκειμένου να επιβιώσουμε και να ευημερήσουμε.

Τύποι αυτότροφων

Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο προμηθεύονται ενέργεια, τα αυτότροφα ταξινομούνται σε δύο τύπους:φωτοαυτοτροφικά και χημειοαυτοτροφικά.

Φωτοαυτότροφοι

Οι οργανισμοί που αντλούν ενέργεια από το φως του ήλιου για να δημιουργήσουν οργανικές ενώσεις ονομάζονται φωτοαυτοτροφικοί. Σχεδόν όλα τα φυτά, τα πράσινα φύκια και ορισμένα φωτοσυνθετικά βακτήρια είναι φωτοαυτοτροφικά.

Τα φωτοαυτότροφα παράγουν την τροφή τους μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση προέρχεται από μια ελληνική λέξη, με τη λέξη «φωτογραφία» να σημαίνει «φως» και τη «σύνθεση» που σημαίνει «φτιάχνω». Με τη σύλληψη φωτονίων από το ηλιακό φως, τα φωτοαυτοτροφικά συλλέγουν την ενέργειά τους. Μέσω της φωτοσύνθεσης, εκτελούν τις βιοχημικές τους διεργασίες, οι οποίες περιλαμβάνουν την παραγωγή ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη).

Χημική δομή της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) (Φωτογραφία :Smokefoot/Wikimedia Commons)

Τα περισσότερα επίγεια φωτοαυτότροφα παίρνουν άνθρακα που υπάρχει στην ατμόσφαιρα και τον επεξεργάζονται για να δημιουργήσουν σάκχαρα και άλλα μόρια ως τρόπο αποθήκευσης της ενέργειας του Ήλιου στους μοριακούς τους δεσμούς. Για αυτό, το CO2 που δημιουργείται από διάφορες μη ζωντανές γεωλογικές διεργασίες προσλαμβάνεται επίσης από φωτοαυτοτροφικά. Κατά την επεξεργασία αυτού του CO2, απελευθερώνουν μόρια O2 – επίσης γνωστά ως το οξυγόνο που χρειαζόμαστε για να αναπνέουμε!

Οι εξελικτικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι αυτό το δωρεάν Το οξυγόνο δεν ήταν διαθέσιμο στην ατμόσφαιρα της Γης παρά μόνο όταν τα φωτοαυτοτροφικά έγιναν κοινά στις θάλασσες της Γης. Αφού δημιουργήθηκαν, τα αυτότροφα παρήγαγαν τόσο πολύ ελεύθερο οξυγόνο που μεγάλες ποσότητες σιδήρου που είχαν προηγουμένως διαλυθεί στο νερό των ωκεανών αντέδρασαν με αυτό το οξυγόνο και μετατράπηκαν σε σκουριά! Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ταινοποιούν τους σχηματισμούς σιδήρου συνέβη, κάτι που οι αρχαιολόγοι συχνά επισημαίνουν ως επιβεβαίωση της καταγραφής της ιστορίας της Γης μας. Χάρη σε αυτήν την άφθονη απελευθέρωση οξυγόνου από τα αυτότροφα, τα μεγάλα ζώα—συμπεριλαμβανομένου εμάς— είναι σε θέση να εκτελούν αερόβια αναπνοή για να επιβιώσουν.

Σχηματισμός λουριού σιδήρου (Image Credit:Flickr)

Πολλοί εξελικτικοί επιστήμονες υπολογίζουν ότι μέρος του οξυγόνου που παράγεται από τα φωτοαυτοτροφικά δημιούργησε το στρώμα του όζοντος της Γης. Αυτή η στιβάδα του όζοντος επέτρεψε σε αυτές τις μορφές ζωής να μετακινηθούν από τη θάλασσα στην ξηρά χωρίς το φόβο ότι θα καταστρέψουν το DNA κατά την έκθεση στις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου (UV).

Χημειοαυτοτροφικά

Η δεύτερη κατηγορία αυτότροφων περιλαμβάνει οργανισμούς που αντλούν ενέργεια από ανόργανες χημικές ουσίες χωρίς να χρειάζονται ηλιακό φως. Αυτοί οι οργανισμοί ονομάζονται χημειοαυτοτρόφοι και βρίσκονται συνήθως σε περιβάλλοντα βαθέων υδάτων που δεν δέχονται απολύτως κανένα ηλιακό φως. Πολλοί χημειοαυτότροφοι κατοικούν σε ηφαιστειακές οπές βαθιάς θάλασσας, οι οποίες είναι ιδανικές για την παραγωγή θερμότητας για την ενίσχυση του μεταβολισμού με ταχύτερο ρυθμό.

Αυτά τα αυτότροφα χρησιμοποιούν πτητικές χημικές ουσίες, όπως υδρόθειο, σίδηρος σίδηρος, στοιχειακό θείο, αμμωνία κ.λπ. για την προμήθεια ενέργειας. Τα προαναφερθέντα χημικά θα ήταν τοξικά για εμάς και για άλλα ζώα, αλλά είναι ιδανικά για χημειοαυτοτροφικά και τα βοηθούν να επιβιώσουν χωρίς ηλιακό φως. Τα χημειοαυτοτροφικά είναι γενικά βακτήρια, ή πιο συγκεκριμένα, αρχαιοβακτήρια — ένας μονοκύτταρος οργανισμός. Πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι ο γρήγορος ρυθμός μεταβολισμού είναι αυτός που περιορίζει τα χημειοαυτοτροφικά στο να είναι μονοκύτταρα.

Βρέθηκε Αρχαία σε ηφαιστειακές θερμές πηγές (Φωτογραφία :Jim Peaco/Wikimedia Commons)

Μερικοί αστροβιολόγοι εικάζουν ότι μπορεί να υπάρχει ζωή στο φεγγάρι του Δία (Τιτάν) επειδή είναι σκοτεινό και άφθονο με πτητικές χημικές ουσίες που οι χημειοαυτότροφοι στη Γη αξιοποιούν για να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες. Μέχρι τη σύνταξη αυτού του κειμένου, οι επιστήμονες δεν βρήκαν καμία απόδειξη ύπαρξης τέτοιας ζωής στον Τιτάνα. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη το εύρος των μεταβολικών επιλογών που προσφέρει η χημειοσύνθεση, είναι πιθανό να ανακαλύψουμε κάποια μέρα εξωγήινα πλάσματα που κατοικούν στο σύμπαν μας και τα οποία είναι επίσης χημειοαυτοτροφικά στη φύση.

Ποιος ήρθε πρώτος:φωτοαυτότροφοι ή χημειοαυτοτροφικοί;

Δεν είναι ακόμα καλά τεκμηριωμένο εάν τα φωτοαυτοτροφικά ή τα χημειοαυτοτροφικά ήταν οι πρώτες μορφές ζωής στη Γη. Πολλοί ειδικοί πιστεύουν ότι οι πρώτες μονοκύτταρες μορφές ζωής ήταν φωτοσυνθετικές. Η λογική τους για αυτήν την πεποίθηση είναι ότι το φως του Ήλιου λάμπει σε ολόκληρη την επιφάνεια της Γης, επομένως θα ήταν ευκολότερο για τα φωτοαυτοτροφικά να αντλήσουν την ενέργειά τους χρησιμοποιώντας το άμεσο ηλιακό φως. Τούτου λεχθέντος, ορισμένοι επιστήμονες δεν αποδέχονται αυτήν την ιδέα, καθώς πιστεύουν ότι οι ηφαιστειακές τοποθεσίες στα βαθιά νερά των θαλασσών και των ωκεανών θα παρείχαν πολύ περισσότερη «συγκεντρωμένη» ενέργεια μέσω της παρουσίας άφθονων πτητικών χημικών ουσιών - ανοίγοντας δρόμους για τη δημιουργία η πρώτη μορφή μονοκύτταρης ζωής.

Τώρα, λόγω της βιοχημικής τους φύσης, οι μονοκύτταροι οργανισμοί δεν απολιθώνονται καλά. Γι' αυτό μπορεί να μην μάθουμε ποτέ με βεβαιότητα εάν τα χημειοαυτοτροφικά ήταν πράγματι η πρώτη μορφή ζωής στη Γη!