Автотрофные и гетеротрофные организмы

Растения синтезируют органические вещества, используя энергию солнечного света и поглощая питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной химической энергии растения разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты и другие, завершая тем самым круговорот питательных веществ.

В 80-х годах XIX в. немецкий биолог Вильгельм Пфеффер разделил все живые организмы по способу питания. Это деление сохранилось и до нашего времени. Пфеффер исходил из того, что зеленое растение в природе не нуждается в притоке органического вещества извне, а само может синтезировать его в процессе фотосинтеза. Только исключительно зеленым растениям природой дано искусство создавать органические вещества из воды и воздуха, используя солнечную энергию. Пфеффер назвал их автотрофами, что буквально означает "самопитающиеся, самокормящиеся" (от греч. "авто" - сам и "трофе" - кормиться, питаться). Автотрофные растения не только кормятся сами, но и кормят все остальные живые организмы. Это кормильцы биосферы.

Организмы, которые нуждаются в готовом органическом веществе, образованном другими, Пфеффер назвал гетеротрофами, что означает "питающиеся другими" (от греч. "гетер" - другой). К таким организмам относятся все животные, которые извлекают необходимую им энергию из готовой пищи, поедая растения или других животных. Сюда же можно отнести группу бесхлорофильных растений-паразитов, которые, присасываясь к корням своих собратьев в буквальном смысле тянут из них соки. В мире растений это наш лесной Петров-крест, или полевая заразиха.

Специализация живых форм в качестве производителей и потребителей пищи создает в биологических сообществах определенную энергетическую структуру, называемую трофической структурой, в пределах которой происходят перенос энергии и круговороты питательных веществ. Пищевая цепь у сухопутных организмов, идущая от травы через гусеницу, воробья и змею к луню, указывает этапы движения содержащихся в них энергии органических и неорганических питательных веществ. В каждом звене пищевой цепи, на каждом трофическом уровне сообщества большая часть поглощаемой с пищей энергии рассеивается в виде тепла, движения, а у светящихся организмов - в виде света. Ни одна из этих форм энергии не может быть использована другими организмами, следовательно, при переходе к каждому последующему звену пищевой цепи общее количество пригодной для использования энергии, передаваемой на следующий, более высокий трофический уровень, уменьшается. Поэтому неудивительно, что если собрать в кучу всю траву Африки, то она будет огромна по сравнению с кучей, образованной всеми кузнечиками, антилопами, зебрами, носорогами и всеми другими травоядными животными Африки. Что же касается жалкой кучки львов, гепардов и гиен, то мы ее можем просто не заметить рядом с кучами травы и растительноядных животных.

Сходные пищевые цепи присутствуют и в водной среде, например в океане. На самых высоких уровнях пищевой цепи находятся крупные свободноплавающие хищники: кальмары, рыбы, дельфины, тюлени и киты. Эти выносливые пловцы известны под названием "нектон", и они также опутаны узами иерархии хищников и добычи. Так, питающиеся планктоном рыбы, такие, как сельдь, служат пищей тарпонам (рыбы из отряда костистых - Elopiformes) и тунцам, которые в свою очередь становятся добычей акул. В целом, чем выше ранг вида в пищевой цепи, тем малочисленнее его популяция и ниже его плотность, т.е. передача питательных веществ от жертвы к хищнику происходит малоэффективно. Для того, чтобы вырастить фунт зоопланктона, требуется около десяти фунтов фитопланктона и десять фунтов зоопланктона, чтобы получить один фунт сельди. И такой же коэффициент преобразования сохраняется вплоть до высших звеньев пищевой цепи.