異營生物

異營生物
基本營養類型、​生态学概念
上级分类生物 编辑
之前是自养生物 编辑
详情描述网址https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/heterotrophs/ 编辑
使用heterotrophic nutrition 编辑
相對概念自养生物 编辑

异养生物（英語：heterotroph，亦作異營生物）指不能直接利用无机物或有机物维生，必须摄取现成的养分来维持生存机能的生物[1]。异养生物包括捕食、寄生和腐生三种。在食物链中，异养生物是初级、次级和三级消费者，而非生产者。[2]异养生物包括大多数动物、所有真菌、部分细菌和原生生物，以及许多寄生植物。异养生物必须直接或间接依赖自养生物（例如绿色植物，亦称生产者）制造供应养分，然后由水解酶分解加以利用。

"异养生物"（heterotroph）一词源于微生物学，1946年作为基于营养类型的微生物分类体系的一部分被提出。[3]该术语源自古希腊语heteros（ἕτερος，意为"其他"）和trophē（τροφή，意为"营养"）。

异养生物可根据能量来源进行细分。若使用化学能，则是化能异养生物（如人类和蘑菇）；若使用光能，则是光能异养生物（如沃氏盐盒菌和绿屈挠菌）。[4]

碎食性生物（detritivore）通过消费碎屑（分解中的动植物残体及粪便）获取营养。[5]腐生生物（saprotroph）是化能异养生物，通过胞外消化处理腐败有机物。

类型

异养生物可分为有机养生物和石养生物。有机异养生物利用还原碳化合物（有机物）作为电子源，例如来自植物和动物的碳水化合物、脂肪和蛋白质。化石养异养生物则使用无机化合物（如铵、亚硝酸盐或硫）来获取电子。

另一种分类方式是根据能量来源分为化能生物和光能生物。光能有机异养生物（如红螺菌科和紫色非硫细菌）利用阳光和有机物质氧化来合成有机化合物，但它们不固定二氧化碳，也不具备卡尔文循环。[6]化能石养异养生物（如Oceanithermus profundus）从无机化合物的氧化中获取能量，包括硫化氢、单质硫、硫代硫酸盐和分子氢。[7]

混养生物（mixotroph）可以使用二氧化碳或有机碳作为碳源，即同时具备异养和自养能力。[8]

生态作用

主条目：[[:消费者 (生物)]]

许多异养生物是化能有机异养生物，以有机碳（如葡萄糖）为碳源，以有机化学物（碳水化合物、脂质、蛋白质）为电子源。[4]异养生物在食物链中充当消费者：它们通过腐生营养、寄生营养或动物式营养获取养分。

异养生物可通过呼吸作用、发酵作用或两者结合来分解有机化合物。发酵型异养生物是兼性或专性厌氧生物，在低氧环境中进行发酵，产生酒精、CO2、硫化物等最终产物，这些产物可被其他细菌在厌氧消化中利用并转化为CO2和CH4，对碳循环至关重要。[9]

异养生物的呼吸作用通常伴随矿化作用——将有机化合物转化为无机形式的过程。[10]有机碳源中的氮和硫分别通过脱氨和脱硫作用转化为NH4+和H2S。这一转化是氮循环和硫循环的关键环节。异养生物矿化必需元素的能力对植物的生存至关重要。

大多数后口动物和原核生物为异养类型；特别是所有动物和真菌都是异养生物。有些动物（如珊瑚）与自养生物形成共生关系以获取有机碳。某些寄生植物已完全或部分转变为异养生物，而食虫植物通过捕食动物补充氮需求，但保持自养能力。动物的异养方式为摄食（ingestion），真菌的异养方式为吸收（absorption）。[6]

生物地球化学循环

异养生物是碳循环的关键参与者，同时扮演消费者和分解者的角色。它们通过呼吸作用将二氧化碳释放到大气中，构成CO2排放的重要组成部分。这一过程使碳可供自养生物固定，维持碳在有机与无机形式之间的持续循环。[11]

在氮循环中，异养生物参与氨化作用（有机氮转化为氨）和反硝化作用（硝酸盐还原为氮气释放到大气）。[12]异养微生物通过脱氨将有机氮转化为铵（NH4+），再被石养生物进一步氧化为植物可利用的形式。同样，脱硫作用将有机硫转化为硫化氢（H2S），再被石养生物和光养生物氧化。异养生物分解复杂有机化合物的能力是生态系统中营养循环的基础，对维持土壤肥力和植物生长至关重要。[10]异养生物与自养生物在生态系统中形成复杂的相互关系：异养生物依赖自养生物提供富含能量的有机化合物，同时通过释放矿物质和二氧化碳支持自养生物的生长。

起源与演化

关于生命起源的化学起源假说认为，生命起源于具有异养生物的原始汤中。[13]该理论的要点是：早期地球拥有高度还原性大气层和闪电等能量来源，这些导致简单有机化合物的形成，后者进一步反应生成更复杂的化合物，最终产生生命。这一理论由亚历山大·奥巴林于1924年首先提出，J·B·S·霍尔丹于1929年独立用英文提出。[14]

1953年，斯坦利·米勒通过米勒-尤里实验验证了这一理论。他在烧瓶中加入被认为存在于早期地球的气体——水（H2O）、甲烷（CH4）、氨（NH3）和氢（H2），并用电火花模拟闪电。实验发现早期地球条件支持氨基酸的产生，后续分析识别出超过40种不同的氨基酸。[13][15]

然而，关于自养生物起源的替代理论对这一假说提出了质疑。由于早期地球大气中CO2是主要的碳源，研究者认为最早的细胞生命形式可能是自养生物，依赖无机底物作为能量来源，生活在碱性热液喷口或酸性地热池塘中。[16]异养微生物可能是在低H2分压条件下产生的，碱基、氨基酸和核糖被认为是首批发酵底物。[17]

目前异养生物存在于细菌域、古菌域和真核生物域中。真菌界和动物界完全为异养生物，原生生物界的大多数也是异养生物，而植物界几乎全部为自养生物，除少数混合营养植物外。[18]

参见

参考资料

  1. ^ heterotroph. TheFreeDictionary.com. [2013-01-21] （英语）. 
  2. ^ Hogg, Stuart. Essential Microbiology 2nd. Wiley-Blackwell. 2013: 86. ISBN 978-1-119-97890-9. 
  3. ^ Lwoff, A.; C.B. van Niel; P.J. Ryan; E.L. Tatum. Nomenclature of nutritional types of microorganisms. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology XI: 302–303. 1946. 
  4. ^ 4.0 4.1 Mills, A.L. The role of bacteria in environmental geochemistry. The Environmental Geochemistry of Mineral Deposits. Society of Economic Geologists. 1997: 125–132. 
  5. ^ Wetzel, R.G. Limnology: Lake and River Ecosystems 3rd. Academic Press. 2001: 700. 
  6. ^ 6.0 6.1 Mauseth, James D. Botany: An Introduction to Plant Biology 4th. Jones & Bartlett. 2008: 252. ISBN 978-0-7637-5345-0. 
  7. ^ Miroshnichenko, M.L. Oceanithermus profundus gen. nov., sp. nov.. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2003, 53: 747–752. doi:10.1099/ijs.0.02367-0. 
  8. ^ Libes, Susan M. Introduction to Marine Biogeochemistry 2nd. Academic Press. 2009: 192. ISBN 978-0-12-088530-5. 
  9. ^ Gottschalk, Gerhard. Bacterial Metabolism 2nd. Springer. 2012. doi:10.1007/978-1-4612-1072-6. 
  10. ^ 10.0 10.1 Kirchman, David L. Processes in Microbial Ecology. Oxford University Press. 2014: 79–98. ISBN 978-0-19-958693-6. 
  11. ^ Falkowski, Paul G.; Fenchel, Tom; Delong, Edward F. The Microbial Engines That Drive Earth's Biogeochemical Cycles. Science. 2008, 320 (5879): 1034–1039. PMID 18497287. doi:10.1126/science.1153213. 
  12. ^ Canfield, Donald E.; Glazer, Alexander N.; Falkowski, Paul G. The Evolution and Future of Earth's Nitrogen Cycle. Science. 2010, 330 (6001): 192–196. PMID 20929768. doi:10.1126/science.1186120. 
  13. ^ 13.0 13.1 Bada, Jeffrey L. New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller's spark discharge experiments. Chemical Society Reviews. 2013, 42 (5): 2186–2196. PMID 23340907. doi:10.1039/c3cs35433d. 
  14. ^ Haldane, J.B.S. (1929). "The Origin of Life". The Rationalist Annual, 3: 3–10.
  15. ^ Miller, Stanley L. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science. 1953, 117 (3046): 528–529. PMID 13056598. doi:10.1126/science.117.3046.528. 
  16. ^ Weiss, Madeline C. The last universal common ancestor between ancient Earth chemistry and the onset of genetics. PLOS Genetics. 2018, 14 (8). PMC 6095482 可免费查阅. PMID 30114187. doi:10.1371/journal.pgen.1007518. 
  17. ^ Schönheit, Peter; Buckel, Wolfgang; Martin, William F. On the Origin of Heterotrophy. Trends in Microbiology. 2016, 24 (1): 12–25. PMID 26578093. doi:10.1016/j.tim.2015.10.003. 
  18. ^ Kim, Byung Hong; Gadd, Geoffrey Michael. Prokaryotic Metabolism and Physiology. Cambridge University Press. 2019. ISBN 978-1-316-76162-5. doi:10.1017/9781316761625. 
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