独立栄養栄養：特性、段階、種類、例 - 生物学 - 2025

独立栄養栄養は、無機物質から、必要な化合物は、これらの生物の維持・発展のために生産され、独立栄養生物に発生するプロセスです。この場合、エネルギーは太陽光または一部の化合物から発生します。

たとえば、植物や藻類は独立栄養生物です。彼らは他の生き物を食べる必要はありません。対照的に、草食性、雑食性または肉食性の動物は従属栄養生物です。

独立栄養栄養。出典：pixabay.com

栄養手順で使用されるソースのタイプを考慮すると、光独立栄養生物と化学独立栄養生物があります。前者は太陽光からエネルギーを得て、植物、藻類、いくつかの光合成細菌に代表されます。

一方、化学独立栄養生物は、分子状水素などのさまざまな還元無機化合物を使用して、栄養素を取得するための手順を実行します。このグループはバクテリアで構成されています。

特徴

-エネルギー変換

熱力学の最初の原則は、エネルギーは破壊も生成もされないことを述べています。元のソースとは異なる他のタイプのエネルギーに変換されます。この意味で、独立栄養栄養では、化学エネルギーと太陽エネルギーがグルコースなどのさまざまな副産物に変換されます。

-エネルギー伝達

独立栄養栄養は、すべての食物連鎖の基礎を形成する独立栄養生物の典型です。この意味で、エネルギーは独立栄養生物からそれらを消費する一次消費者に、次に一次消費者を貪食する肉食動物に転送されます。

したがって、植物は、独立栄養生物または生産生物として、シカ（一次消費者）およびマウンテンライオン（二次消費者）の主な食物であり、シカを狩猟して消費します。ライオンが死ぬと微生物やバクテリアが分解物に作用し、再び地球にエネルギーが戻ります。

熱水噴出孔では、独立栄養細菌が食物網の生産生物です。ムール貝とカタツムリが細菌を食べて、主な消費者です。次に、タコはこれらの軟体動物を食事に含めます。

-特殊な構造と物質

葉緑体

葉緑体

葉緑体は、植物や藻類の細胞に見られる楕円形の細胞小器官です。それらは膜によって囲まれており、光合成プロセスはそれらの中で起こります。

それらを囲む2つの膜組織は、それらを区切る連続的な構造を持っています。ポーリンの存在により、外層は透過性です。内膜については、物質の輸送に関与するタンパク質が含まれています。

その内部には、間質として知られている空洞があります。リボソーム、脂質、デンプン粒、環状二本鎖DNAがあります。さらに、それらはチラコイドと呼ばれる球根を有し、その膜は光合成色素、脂質、酵素およびタンパク質を含む。

光合成色素

これらの色素は太陽光からのエネルギーを吸収し、光合成システムによって処理されます。

クロロフィル

クロロフィル

クロロフィルは、ポルフィリンと呼ばれる色素タンパク質のリングで構成される緑色の色素です。その周囲では、電子が自由に移動し、リングが電子を獲得または喪失する可能性があります。

このため、他の分子にエネルギーを与えられる電子を提供する可能性があります。したがって、太陽エネルギーが捕捉され、他の光合成構造に伝達されます。

クロロフィルにはいくつかの種類があります。クロロフィルaは植物や藻類に含まれています。タイプbは、植物や緑藻に含まれています。一方、葉緑素cは渦鞭毛藻類に存在し、d型はシアノバクテリアが所有しています。

カロテノイド

他の光合成色素と同様に、カロテノイドは光エネルギーを取り込みます。しかし、これに加えて、それらは過剰に吸収された放射線を散逸させる原因となります。

カロテノイドには、光エネルギーを光合成に直接利用する能力がありません。これらは、吸収されたエネルギーをクロロフィルに伝達します。そのため、これらは補助色素と見なされます。

極端な環境

ターディグラード、非常に荒い環境で生き残る能力で知られている門。ソース：ウィローガブリエル、ゴールドスタインラボ、ウィキメディアコモンズ経由

硝化細菌を含む多くの化学独立栄養生物は、湖、海、そして地上に分布しています。しかし、他のいくつかは、酸化を実行するために必要な化学物質が存在するいくつかの異常な生態系に住んでいる傾向があります。

たとえば、活火山に生息する細菌は硫黄を酸化して食べ物を作ります。また、アメリカのイエローストーン国立公園では、温泉にバクテリアがいます。また、一部は熱水噴出孔の近くの海の深部に住んでいます。

この地域では、熱い岩の隙間から水が浸透します。これにより、硫化水素を含むさまざまなミネラルが海水に取り込まれ、細菌が化学合成に使用します。

独立栄養栄養の段階

一般に、独立栄養栄養は3つの段階で発症します。これらは：

膜通過とエネルギー捕獲

このプロセスでは、アンモニアなどの還元された無機分子、および塩、水、二酸化炭素などの単純な無機分子が、細胞にエネルギー消費を引き起こすことなく、半透過性細胞膜を通過します。

一方、光合成独立栄養生物では、光合成プロセスを実行するために使用されるソースである光エネルギーがキャプチャされます。

代謝

独立栄養栄養中、一連の化学反応が細胞質で起こります。これらのプロセスの結果として、細胞がその重要な機能を実行するために使用する生化学エネルギーが得られます。

排泄

この最終段階は、半透性の細胞膜を介して、栄養代謝に由来するすべての老廃物の排除で構成されています。

タイプ

使用されるエネルギー源のタイプを考慮して、独立栄養栄養は、光独立栄養と化学独立栄養の2つの方法に分類されます。

光独立栄養生物

光合成独立栄養生物は、光合成と呼ばれるプロセスである太陽光から有機化合物を生成するエネルギーを得る生物です。緑藻、植物、いくつかの光合成細菌がこのグループに属しています。

光合成は葉緑体で発生し、2つのフェーズがあります。最初は軽いものです。この中で、光エネルギーが使用される水分子の解離があります。このフェーズの生成物は、ATPおよびNADPH分子です。

この化学エネルギーは、ダークフェーズと呼ばれるプロセスの第2段階で使用されます。これは、葉緑体の間質で発生し、化学プロセスを実行するために光エネルギーを必要としないため、その名前が付けられています。

NADPHとATP（軽質相の生成物）は、二酸化炭素、硫酸塩、亜硝酸塩と硝酸塩を窒素源として使用して、グルコースなどの有機物を合成するために使用されます。

化学独立栄養生物

ニトロバクターは化学栄養細菌の属です

細菌に代表される化学独立栄養生物は、呼吸代謝の基礎として還元無機化合物を使用することができます。

光合成独立栄養生物と同じように、このグループは二酸化炭素（CO2）を主な炭素源として使用し、カルビンサイクルの反応によって同じように吸収されます。ただし、これらとは異なり、化学独立栄養生物は太陽光をエネルギー源として使用しません。

彼らが必要とするエネルギーは、分子状水素、第一鉄、硫化水素、アンモニア、およびさまざまな還元型硫黄（H2S、S、S2O3-）などの還元無機化合物の酸化の産物です。

現在、化学独立栄養生物は、日光がほとんどない深海で一般的に見られます。これらの生物の多くは、火山の噴出口の周りに住む必要があります。このようにして、環境は、代謝プロセスが高速で発生するのに十分なほど暖かいです。

独立栄養栄養のある生物の例

植物

酵素作用によって昆虫を捕獲して消化することができるビーナスフライトラップ（Dionaea muscipula）などのいくつかの例外を除いて、すべての植物は専ら独立栄養性です。

緑藻

緑藻は、陸上植物と密接に関連している藻類のパラフィレティックなグループです。現在、10,000を超える種が存在します。彼らは一般的に様々な淡水生息地に住んでいますが、それらは地球上のいくつかの海で見つかる可能性があります。

このグループには、クロロフィルaおよびb、キサントフィル、β-カロテンなどの色素と、デンプンなどの予備物質があります。

例：

-ラミラとして知られているウルヴァラクトゥカは、海の大部分の潮間帯で成長する緑の藻です。葉が長く、縁が丸まっているため、レタスのように見えます。

この種は、食用藻類のグループに含まれています。さらに、それは保湿製品の生産において、化粧品業界で使用されます。

-Volvox aureusは淡水に生息し、約0.5ミリメートルの球形のコロニーを形成します。これらのクラスターは、約300〜3200のセルで構成され、プラズマファイバーによって相互接続されています。デンプンは葉緑体に蓄積され、クロロフィルa、b、β-カロチンなどの光合成色素を持っています。

シアノバクテリア

シアノバクテリアは、以前はクロロキシバクテリア、藍藻、藍藻の名前で知られていました。これは、緑の色相を与えるクロロフィル色素を含んでいるためです。また、それらは藻類に似た形態を持っています。

これらは細菌の門であり、エネルギーとして太陽光を使用し、光合成の電子源として水を使用する能力を持つ唯一の原核生物で構成されています。

鉄バクテリア（

バクテリアAcidithiobacillus ferrooxidansは第一鉄からエネルギーを得ます。このプロセスでは、水に溶けない鉄原子が水に溶ける分子形に変換されます。これにより、この種を使用して、従来の方法では除去できなかった一部の鉱物から鉄を抽出できるようになりました。

無色の硫黄バクテリア

これらの細菌は、有機物の分解の産物である硫化水素を硫酸塩に変換します。この化合物は植物によって使用されます。

参考文献

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