Бактерии обладают разнообразными механизмами получения энергии и углерода, что позволяет им занимать различные экологические ниши. Эти механизмы питания можно классифицировать по двум основным параметрам: источнику энергии и источнику углерода. На основе этих признаков выделяют несколько типов питания у бактерий. Рассмотрим их подробнее:
1. Типы питания по источнику энергии
1.1. Фототрофы (Photoautotrophs, Photoheterotrophs)
Фототрофы используют световую энергию для синтеза органических веществ. Это аналогично процессу фотосинтеза у растений. Однако, в отличие от растений, фотосинтетические бактерии могут не только использовать воду как донора электронов, но и другие соединения (например, серу или водород).
Примеры: сине-зеленые водоросли (цианобактерии), зеленые и пурпурные серобактерии.
Процесс: использование света для синтеза органических веществ из углекислого газа (CO₂). Этот процесс может быть кислородным (с выделением кислорода) или безкислородным (без выделения кислорода).
Фотоавтотрофы используют свет в качестве источника энергии и углекислый газ (CO₂) как источник углерода. Они могут синтезировать органические вещества с помощью фотосинтетических пигментов, таких как хлорофилл.
Пример: цианобактерии.
Фото-гетеротрофы также используют световую энергию, но в качестве углеродного источника они берут органические вещества, а не CO₂.
Пример: некоторые пурпурные немыслищие бактерии.
1.2. Хемотрофы (Chemotrophs)
Хемотрофы получают энергию не от света, а от химических реакций. В зависимости от того, какие вещества они окисляют для получения энергии, их можно разделить на два основных типа: хемоавтотрофы и хемо-гетеротрофы.
Хемоавтотрофы используют неорганические вещества в качестве источника энергии и углерода. Обычно они окисляют такие соединения, как сероводород (H₂S), аммиак (NH₃) или железо (Fe²⁺). Эти бактерии не зависят от солнечного света и могут жить в экстремальных условиях, таких как глубоководные гидротермальные источники.
Пример: серобактерии, нитрифицирующие бактерии.
Хемо-гетеротрофы получают энергию путем окисления органических веществ. Эти бактерии также используют органические соединения как источник углерода. Это самый распространенный тип питания среди бактерий.
Пример: большинство сапрофитных бактерий, патогенные бактерии (например, Escherichia coli, Staphylococcus aureus).
2. Типы питания по источнику углерода
2.1. Автотрофы
Автотрофы используют углекислый газ (CO₂) как основной источник углерода для синтеза органических веществ. В этом процессе они могут использовать энергию света (фотосинтез) или энергии химических реакций (хемосинтез).
Пример: фотосинтетические бактерии, некоторые хемосинтетические бактерии.
2.2. Гетеротрофы
Гетеротрофы используют органические вещества как источник углерода. Это может быть как углеводы, так и аминокислоты, жиры или другие органические молекулы.
Примеры: большинство бактерий, таких как Escherichia coli, Staphylococcus aureus, патогенные бактерии, а также бактерии, разлагающие органические вещества в экосистемах.
3. Классификация по кислородной зависимости
Бактерии могут быть классифицированы также в зависимости от того, как они используют кислород:
3.1. Аэробные бактерии
Аэробные бактерии используют кислород для получения энергии в процессе клеточного дыхания. У них есть системы дыхания, которые включают кислород как акцептор электронов.
Пример: Mycobacterium tuberculosis.
3.2. Анаэробные бактерии
Анаэробные бактерии не используют кислород и могут жить только в отсутствие кислорода. Некоторые из них используют другие вещества, такие как нитраты или сульфаты, как акцепторы электронов в процессе дыхания.
Примеры: Clostridium tetani, Clostridium botulinum.
3.3. Факультативные анаэробы
Факультативные анаэробы могут жить как в присутствии, так и в отсутствие кислорода, в зависимости от условий.
Примеры: Escherichia coli, Staphylococcus aureus.
3.4. Микроаэрофильные бактерии
Микроаэрофилы предпочитают низкие концентрации кислорода и не могут жить при его высоких концентрациях. Они требуют кислорода, но в ограниченных количествах.
Примеры: Helicobacter pylori.
4. Экстремальные условия жизни и особые типы питания
Некоторые бактерии могут обитать в экстремальных условиях, таких как высокие температуры, низкие температуры, высокое давление, высокая соленость и т.д. Для таких бактерий характерны следующие типы питания:
4.1. Термофильные и гипертермофильные бактерии
Эти бактерии могут использовать различные химические вещества для получения энергии, и часто это происходит в условиях высокой температуры (выше 45°C). Они могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами.
Примеры: Thermus aquaticus, Pyrolobus fumarii.
4.2. Галобактерии
Бактерии, обитающие в высокосоленых условиях (например, в соленых озерах), часто используют хемосинтез для получения энергии.
Пример: Halobacterium.
