Autotrophie

Auto- und Heterotrophen

Unter Autotrophie (altgriechisch autotroph – wörtlich: „sich selbst ernährend“ von altgriechisch αὐτός autos „selbst“ und altgriechisch τροφή tropheErnährung“) wird in der Biologie die Fähigkeit von Lebewesen verstanden, ihre Baustoffe (und organischen Reservestoffe) ausschließlich aus anorganischen Stoffen aufzubauen. Dieser Stoffaufbau erfordert Energie.

Als autotrophe Lebewesen sind vor allem Photosynthese betreibende Primärproduzenten (insbesondere Pflanzen) zu nennen. Bei ihnen dient Licht als Energiequelle für die Autotrophie. Aber auch exergone chemische Stoffumsetzungen können als Energiequelle für eine Autotrophie genutzt werden, beispielsweise sind viele Schwefelwasserstoff-oxidierende Bakterien und Archaeen sowie nitrifizierende Bakterien autotroph.

Der Gegensatz zur Autotrophie ist die Heterotrophie, bei der organische Verbindungen zum Aufbau der Baustoffe verwendet werden. Die Tiere, Pilze und viele Bakterien und Archaeen sind heterotroph. Sie werden den Konsumenten, spezieller den Herbivoren (Pflanzenfresser), Carnivoren (Fleischfresser) und Omnivoren (Allesfresser) sowie den Destruenten zugeordnet.

Formen der Autotrophie

Der Begriff Autotrophie bezieht sich meistens auf die Kohlenstoffquelle eines Organismus. Kohlenstoff-autotrophe Organismen verwenden für die Bildung organischer Baustoffe in der Regel Kohlenstoffdioxid CO2 als anorganische Kohlenstoffquelle. Bei einigen Wasserpflanzen konnte außerdem die Aufnahme von Carbonat-Ionen nachgewiesen werden. Die anorganischen Kohlenstoffverbindungen werden reduziert und der Kohlenstoff in organische Verbindungen eingebaut. Die wichtigsten biologischen Stoffwechselvorgänge, mit deren Hilfe Kohlenstoffdioxid assimiliert wird, sind

Alle Pflanzen assimilieren Kohlenstoffdioxid mit Hilfe des Calvinzyklus, der gleichzeitig der energieaufwändigste ist. Einige Mikroorganismen verfügen über andere Wege der Kohlenstoffdioxid-Assimilation (zum Beispiel den reversen Citratzyklus).

Auch heterotrophe Organismen können geringere Anteile ihres Kohlenstoffbedarfs durch Kohlenstoffdioxid-Assimilation decken. Diese Reaktion erfolgt zum Beispiel bei der Carboxylierung von Pyruvat am Beginn der Gluconeogenese oder als anaplerotische Reaktion zur Auffüllung des Citratzyklus. Aus diesem Grunde gelten per definitionem nur solche Organismen als autotroph, die ihren Kohlenstoffbedarf ausschließlich aus anorganischen Quellen decken.

Organismen können aber auch autotroph in Bezug auf andere Baustoffe sein, zum Beispiel hinsichtlich ihrer Stickstoffquelle (etwa Stickstoff fixierende Bakterien, Ammonium assimilierende Pflanzen).

Photoautotrophie

Ein Photoautotroph

Photoautotrophie ist die Nutzung von Licht als Energiequelle bei Autotrophie. Lebewesen mit dieser Fähigkeit nennt man photoautotroph. Fast alle Pflanzen und Algen sowie einige Bakterien, wie z. B. Schwefelpurpurbakterien und Grüne Schwefelbakterien, wandeln mit Hilfe von Chlorophyll-haltigen Systemen Lichtenergie in chemische Energie (ATP) um (Phototrophie), die sie zum Aufbau von Bau- und Reservestoffen aus anorganischen Stoffen verwenden (siehe Photosynthese).

Chemoautotrophie

Chemoautotrophie ist die Nutzung von chemischer Energie bei Autotrophie. Lebewesen mit dieser Fähigkeit nennt man chemoautotroph. Besonders kommt Chemoautotrophie bei Bakterien und Archaeen vor. Beispiele sind Schwefelbakterien, nitrifizierende Bakterien, einige Methanbildner und andere hydrogenotrophe Bakterien. Sie nutzen die Energie, die bei der chemischen Umsetzung anorganischer Stoffe frei wird, zum Aufbau ihrer Bau- und Reservestoffe aus anorganischen Stoffen.

Chemoautotrophie ist eine spezielle Form der Chemotrophie, d. h. der Nutzung von chemischer Energie, bei der nur anorganische Stoffe für die Energiegewinnung umgesetzt werden (sogenannte chemische Ernährung). Andere Bezeichnungen für diese Fähigkeit sind auch Lithotrophie oder Chemolithotrophie. Die Organismen mit dieser Fähigkeit werden entsprechend als lithotroph, chemolithotroph, bzw. unter Betonung der Autotrophie als chemoautotroph oder chemolithoautotroph bezeichnet.

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