Sinh vật tự dưỡng

Một sinh vật tự dưỡng, còn gọi là sinh vật sản xuất, là tổ chức có khả năng tạo ra các hợp chất hữu cơ phức tạp (như carbohydrate, lipid và protein) từ các hợp chất đơn giản xung quanh, thường sử dụng năng lượng từ ánh sáng (quang hợp) hoặc phản ứng hóa học vô cơ (hóa tổng hợp). Chúng là các sinh vật sản xuất trong chuỗi thức ăn, chẳng hạn như thực vật trên cạn hoặc tảo trong nước (trái ngược với sinh vật dị dưỡng, là những sinh vật tiêu thụ sinh vật tự dưỡng). Chúng không cần nguồn năng lượng hay carbon hữu cơ từ sinh vật khác. Sinh vật tự dưỡng có thể chuyển hóa carbon dioxide để tạo ra các hợp chất hữu cơ cho quá trình sinh tổng hợp và cũng lưu trữ năng lượng hóa học. Phần lớn sinh vật tự dưỡng sử dụng nước làm tác nhân khử, nhưng một số có thể sử dụng các hợp chất hydro khác như hydro sulfide. Ví dụ về sinh vật tự dưỡng có thể kể đến thực vật và tảo, là những sinh vật quang dưỡng, chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành hóa năng dưới dạng carbon khử.

Sinh vật tự dưỡng có thể được phân loại thành sinh vật quang tự dưỡng hoặc sinh vật hóa tự dưỡng. Sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng, trong khi sinh vật hóa tự dưỡng sử dụng các chất cho electron làm nguồn năng lượng, không phân biệt là từ nguồn hữu cơ hay vô cơ; tuy nhiên, đối với sinh vật tự dưỡng, những chất cho electron này đến từ các nguồn hóa vô cơ. Những sinh vật hóa tự dưỡng này được gọi là sinh vật vô cơ dưỡng. Chúng sử dụng các hợp chất vô cơ, chẳng hạn như hydro sulfide, lưu huỳnh nguyên tố, amonia và sắt(II) oxit, làm tác nhân khử cho quá trình sinh tổng hợp và lưu trữ năng lượng hóa học. Cả sinh vật quang tự dưỡng và sinh vật vô cơ dưỡng đều sử dụng một phần ATP được sản xuất trong quá trình quang hợp hoặc oxy hóa các hợp chất vô cơ để khử NADP thành NADPH nhằm tạo ra các hợp chất hữu cơ.

Lịch sử

Thuật ngữ tiếng Anh 'autotroph', có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, được nhà thực vật học người Đức Albert Bernhard Frank đặt ra vào năm 1892.

Các biến thể

Một số sinh vật phụ thuộc vào các hợp chất hữu cơ để cung cấp cacbon, nhưng lại có khả năng sử dụng ánh sáng hoặc hợp chất vô cơ để thu nhận năng lượng. Những sinh vật này không được coi là sinh vật tự dưỡng mà là sinh vật dị dưỡng. Nếu một sinh vật lấy cacbon từ hợp chất hữu cơ nhưng sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng, nó được gọi là sinh vật quang dị dưỡng. Ngược lại, nếu sinh vật lấy cacbon từ hợp chất hữu cơ và lấy năng lượng từ quá trình oxy hóa các hợp chất vô cơ, nó được gọi là sinh vật hóa dị dưỡng, sinh vật hóa vô cơ dị dưỡng, hoặc sinh vật vô cơ dị dưỡng.

Có bằng chứng cho thấy một số loại nấm có khả năng thu năng lượng từ bức xạ. Loại nấm này đã được phát hiện mọc trong lò phản ứng của Nhà máy điện hạt nhân Chornobyl.

Sinh thái học

Sinh vật tự dưỡng là nền tảng của chuỗi thức ăn trong mọi hệ sinh thái. Chúng thu nhận năng lượng từ môi trường dưới dạng ánh sáng hoặc chất hóa học vô cơ để tạo ra các phân tử năng lượng cao như cacbohydrat. Quá trình này được gọi là sản xuất sơ cấp. Những sinh vật khác, gọi là sinh vật dị dưỡng, tiêu thụ sinh vật tự dưỡng để thực hiện các chức năng sống. Vì vậy, sinh vật dị dưỡng — bao gồm hầu hết động vật, gần như tất cả nấm, và đa số vi khuẩn và động vật nguyên sinh — phụ thuộc vào sinh vật tự dưỡng, hay các sinh vật sản xuất sơ cấp, để có năng lượng và nguyên liệu cần thiết. Sinh vật dị dưỡng thu năng lượng bằng cách phân giải các nguyên tử hữu cơ (cacbohydrat, chất béo và protein) trong thức ăn. Các sinh vật ăn thịt cũng phụ thuộc gián tiếp vào sinh vật tự dưỡng, vì dinh dưỡng từ con mồi của chúng bắt nguồn từ sinh vật tự dưỡng mà con mồi đã tiêu hóa.

Hầu hết các hệ sinh thái đều dựa vào quá trình sản xuất sơ cấp của thực vật, trong đó thực vật hấp thụ photon từ ánh sáng mặt trời. Quá trình quang hợp phân giải phân tử nước (H₂O), giải phóng oxy (O₂) vào không khí, và oxy hóa cacbon dioxide (CO₂) để giải phóng nguyên tử hydro, làm nhiên liệu cho quá trình sản xuất sơ cấp. Thực vật chuyển hóa và lưu trữ năng lượng photon thành các liên kết hóa học của đường đơn trong quang hợp. Đường này được polymer hóa để lưu trữ dưới dạng cacbohydrat chuỗi dài, bao gồm các loại đường, tinh bột và cellulose; glucose cũng được dùng để tạo ra chất béo và protein. Khi sinh vật tự dưỡng bị tiêu hóa bởi sinh vật dị dưỡng như động vật, cacbohydrat, chất béo và protein trong chúng trở thành năng lượng cho sinh vật dị dưỡng. Protein được tổng hợp từ nitrat, sulfat và phosphat trong đất.

• Sinh vật tự dưỡng
  • Sinh vật hóa tự dưỡng
    • Sinh vật vô cơ dưỡng
  • Sinh vật quang tự dưỡng
• Sinh vật dị dưỡng
  • Sinh vật hóa dị dưỡng
    • Sinh vật vô cơ dưỡng
  • Sinh vật quang dị dưỡng
  • Sinh vật hữu cơ dưỡng