独立栄養生物：特性と例 - 生物学 - 2025

独立栄養生物は、自分の食べ物を生産する能力を持っている生物を生きています。つまり、単純な要素から、脂肪、炭水化物、タンパク質などの複雑な有機化合物を生成できます。このため、彼らは無機化学反応または日光を使用しています。

独立栄養生物の例は、植物、藻類、およびシアノバクテリアです。このように、独立栄養生物は二酸化炭素を減らして有機化合物を生成し、有機化合物は物質の生合成に使用されます。さらに、化学エネルギーはさまざまな代謝で使用するために保存されます。

独立栄養生物、木。出典：pixabay.com。

独立栄養生物の大部分は還元剤として水を使用しますが、硫化水素を使用する他の生物もあります。同様に、反応で使用されるエネルギー源を考慮すると、独立栄養生物は光独立栄養生物と化学独立栄養生物に分類されます。

植物、一部の細菌、緑藻に代表される光合成独立栄養生物は、太陽光からのエネルギーを使用します。一方、化学独立栄養生物は硫黄または窒素をエネルギー源として使用します。一部の古細菌および硫黄細菌などの細菌は、このグループに属します。

起源と進化

地球上の生命の起源を説明しようとするさまざまな理論があります。これらと一緒に、科学者はこれらの祖先がどのようにして開発するためのエネルギーを得たかを知るために研究を行います。

一部の専門家は、現在知られているように、独立栄養生物はおそらく最初の生命体に続いて進化したと示唆しています。光合成生物が食料を生産するために使用する生化学的プロセスは、高度に専門化されています。

これは、そのような適応には長い時間と継続的な進化的修正が必要だった可能性があることを示唆している可能性があります。ただし、従属栄養生物は、食品の独立栄養生物に依存しています。したがって、提案は両方のケースで発生する疑いの明確化を中心に展開する必要があります。

最初の独立栄養細胞

地球上の最初の細胞として独立栄養生物を仮定する理論があります。これらのアプローチによると、これらの構造は、環境にあるCO2からの炭素のニーズを満たしていました。

従属栄養生物の出現を説明するために、この仮説を支持する科学者たちは、最初の化学有機従属栄養生物が大腸菌と同様の基質上で発生したことを示唆しています。

最初の従属栄養細胞

別の研究者グループは、最初の生命体は従属栄養生物であり、後に独立栄養生物に道を譲ったという考えを支持しています。

いくつかの理論によれば、地球上の既存の条件は、生命の発達のためのアミノ酸および他の塩基性化合物の形成に有利でした。これに基づいて、最初の従属栄養生物はこれらのエネルギーブロックによって供給されました。

しかし、アミノ酸源の量は減少していました。これは、従属栄養生物に強い進化的圧力を及ぼし、それが光合成を通して、彼ら自身の食物を生産することができる細胞の発達と特殊化を引き起こしました。

これらの新しい独立栄養生物は、当初、光合成プロセスのバリアントに依存していました。したがって、彼らは、シアノバクテリアのグループが介入したときに、後で水に置き換えられた硫化水素を使用しました。

水が基本要素として光合成に入る瞬間、重要な副産物である酸素が生成されます。これは環境中に排出され、そのレベルは少しずつ上昇しました。このように、おそらく自由酸素を呼吸する能力のある従属栄養生物の新種が進化した。

独立栄養生物の特徴

-ATP合成

独立栄養生物は、光合成のプロセスを通じて、太陽からのエネルギーをATP結合に変換します。このATPの多くは、エネルギーを供給するために加水分解され、二酸化炭素を6炭素糖に変換する際に使用されます。

-光合成の製品

葉緑体で発生する光合成の最終生成物として、フルクトースとグルコースで構成される二糖であるスクロースがあります。これは組織に運ばれ、エネルギーとして代謝されます。また、このプロセスは、炭水化物の貯蔵源であるデンプンを生成します。

同様に、光合成は環境に酸素を放出します。ただし、紫や緑など、酸素の生成がないバクテリアがいくつかあります。これらでは、酸素生成型光合成として知られる特別なタイプの太陽エネルギープロセスが実行されます。

-プロデューサー

植物は独立栄養生物であり、独自の食物を作ります。従属栄養生物は他の生物を食べます

食物連鎖の中で、独立栄養生物が生産者グループを形成しています。これらは、草食動物として主に植物種を食べている主要な消費者の食事の基本です。

-エネルギー伝達

独立栄養生物は、エネルギーを単糖の化学結合に変換して保存します。これらは重合するため、セルロースやデンプンを含む長鎖炭水化物として保存できます。グルコースも生産され、タンパク質と脂肪の基礎となります。

従属栄養生物が独立栄養生物を摂取すると、それらに含まれる脂肪、炭水化物、タンパク質が、動物がそのすべての重要な代謝機能を実行できるようにします。

独立栄養生物の種類

光独立栄養生物

シアノバクテリア属Lyngbyaフィラメント（酸素発生型光合成型細菌）

光合成独立栄養生物は、有機物を作るエネルギー源として光を使用します。このために、彼らは光合成プロセスを実行します。これらの例は、植物、緑藻、およびいくつかの細菌です。

化学独立栄養生物

化学独立栄養生物は、無機化学プロセスからエネルギーを得る生物です。現在、これらの生物は深く日光を浴びない場所に住んでいます。多くは火山の噴火口の周りに住んでおり、熱が代謝反応を促進します。

独立栄養生物の例

-植物と緑藻

これらは太陽光を還元炭素に変換する光独立栄養生物であり、化学エネルギー源として機能します。緑藻と植物は、一次生産者のグループの一部であるため、食物連鎖の基本です。

-鉄バクテリア

鉄バクテリアは、有機または無機物質の酸化からエネルギーを受け取るため、化学独立栄養生物です。それらは一般に土壌、河川、および地下水源などの鉄が豊富な地域に生息しています。

-硫黄バクテリア

硫黄バクテリアは、停滞した水や硫黄タイプの温泉で発見されます。緑藻や植物とは異なり、還元剤として水を使用しないため、酸素を生成しません。

赤硫黄細菌は硫黄と炭素循環の重要な部分を形成するため、生態系にとって非常に重要です。さらに、一次生産者として、それらは幅広い水生生物のための食物です。

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