مجموعات غذائية أساسية

المجموعات الغذائية الأساسية هي مجموعات من المتعضيات، مقسمة وفقًا لمصادر الطاقة والكربون، اللازمة للعيش والنمو والتكاثر. ومن الممكن أن يكون الضوء والمركبات العضوية واللاعضوية مصادر طاقة؛ أما مصادر الكربون فقد تكون من أصل عضوي أو لاعضوي. ^[1]

جدير بالذكر أن المصطلحات تنفس خلوي وتنفس لا هوائي وتخمر لا تشير إلى المجموعات الغذائية الأساسية، ولكنها تشير ببساطة إلى الاختلاف في الاستخدام الممكن لمستقبلات الإلكترون في متعضيات معينة مثل الأكسجين O₂ في التنفس الخلوي، أو النترات NO₃^- أو SO₄^2- أو الفومارات في التنفس اللاهوائي، أو وسائط التمثيل الغذائي المتعددة في التخمر. ونظرًا لأن جميع خطوات تكوين ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) في التخمر تتضمن تعديلات لجميع وسائط التمثيل الغذائي بدلاً من استخدام سلسلة نقل الإلكترون، فإنه يشار إلى التخمر بأنه عملية فسفرة على مستوى الركازة.

الكائنات ضوئية التغذية: يتم امتصاص الضوء في المستقبلات الضوئية ويتم تحويلها إلى طاقة كيميائية.
الكائنات كيميائية التغذية: تنطلق طاقة الروابط من المركب الكيميائي.

وتخزن الطاقة المحررة بوصفها طاقة وضع في ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) أو السكريات أو الدهنيات أو البروتينات. وفي نهاية الأمر، تستخدم الطاقة في القيام بعمليات حيوية مثل التحرك والنمو والتكاثر.

وتتمكن بعض أنواع البكتيريا من التبديل بين التغذية بالضوء والتغذية بالكيمياء، اعتمادًا على مدى توفر الضوء.

الكائنات عضوية التغذية: تستخدم المركبات العضوية بوصفها مانحة للإلكترونات.
الكائنات جمادية التغذية: تستخدم المركبات غير العضوية بوصفها مانحة للإلكترونات.

وتعد الإلكترونات الناتجة عن المكافئات الاختزالية ضرورية لكل من المتغذيات بالضوء والمتغذيات بالكيمياء، للحفاظ على تفاعلات الأكسدة-الاختزال التي تحول الطاقة. حيث يأتي مانحو الإلكترونات من البيئة.

وغالبًا ما تكون المتعضيات ذات التغذية العضوية غيرية التغذية أيضًا، حيث تستخدم المركبات العضوية بوصفها مصادر للإلكترونات والكربون في الوقت ذاته. وبالمثل، فإن المتعضيات المتغذية بالجمادات تكون ذاتية التغذية، حيث تستخدم المصادر اللاعضوية للإلكترونات وثاني أكسيد الكربون CO₂ بوصفهما مصدرًا لاعضويًا للكربون.

وتستطيع بعض البكتيريا المتغذية بالجمادات استخدام مصادر متنوعة للإلكترونات، وفقًا لمدى توفر المانحين المحتملين.

الكائنات غيرية التغذية: تمر المركبات العضوية بعملية التمثيل الغذائي للحصول على الكربون من أجل نموها وتطورها.
الكائنات ذاتية التغذية: يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون (CO₂) بوصفه مصدرًا للكربون.

تعد المتعضيات غيرية التغذية بالأعضاء الكيميائية نوع المتعضيات الذي يحتاج إلى ركازة عضوية للحصول على الكربون اللازم للنمو والتطور، ثم يقوم بإنتاج الطاقة من تفاعلات الأكسدة-الاختزال للمركب العضوي. وتنقسم هذه المجموعة من المتعضيات إلى عدة مجموعات إضافية، وذلك وفقًا لنوع الركازة العضوية والمركب الذي تستخدمه. وتعد المحللات خير مثال على المتعضيات غيرية التغذية العضوية الكيميائية، التي تحصل على الكربون وتفاعلات الإلكترون من المواد العضوية الميتة. بينما تعد العاشبات وآكلات اللحوم أمثلة على المتعضيات التي تحصل على الكربون وتفاعلات الإلكترون من المواد العضوية الحية.

المتغذيات العضوية الكيميائية هي المتعضيات التي تؤكسد الروابط الكيميائية في المركبات العضوية بوصفها مصدرًا للطاقة. وتحصل المتغذيات العضوية الكيميائية على جزيئات الكربون اللازمة للوظائف الخلوية من هذه المركبات العضوية. وتتضمن المركبات العضوية التي تؤكسدها هذه المواد: السكريات (أي الجلوكوز والدهون والبروتينات).^[2]

وتعد الحيوانات من المتغذيات العضوية الكيميائية (وتعني أنها تؤكسد المركبات الكيميائية بوصفها مصدرًا للطاقة والكربون)، مثل الفطريات والأوليات، وبعض أنواع البكتيريا. ومن الاختلافات المهمة بين هذه المجموعة أن المتغذيات العضوية الكيميائية لا تؤكسد سوى المركبات الكيميائية بينما المتغذيات بالجمادات الكيميائية تستخدم المركبات اللاعضوية بوصفها مصدرًا للطاقة.^[3]

تستطيع بعض المتعضيات، وعادة أحادية الخلية، التبديل بين مختلف أوضاع التمثيل الغذائي، أي بين ذاتية التغذية الضوئية وغيرية التغذية الكيميائية. ^[4] وقد تتمكن هذه المتعضيات مختلطة التغذية من السيطرة على موطنها، نظرًا لقدرتها على استخدام موارد أكبر من التي تستخدمها المتعضيات ذاتية التغذية بالضوء أو غيرية التغذية بالأعضاء. ^[5]

قد تتواجد جميع أنواع هذه المجموعات في الطبيعة. فمعظم أنواع الزراقم «البكتيريا الزرقاء» مثلاً من النوع ذاتي التغذية الضوئي، لأنه يستخدم الضوء كمصدر للطاقة، والماء كمانح للإلكترون وثاني أكسيد الكربون CO₂ كمصدر للكربون. بينما الفطريات هي من نوع التغذية العضوية الكيميائية لأنها تستخدم الكربون العضوي بوصفه مانح الإلكترون ومصدر الكربون. وعن حقيقيات النوى فهي من النوع سهل التصنيف بوجه عام. فجميع الحيوانات، مثل الفطريات، من الأنواع غيرية التغذية. في حين أن جميع النباتات ذاتية التغذية ضوئية. وعلى الرغم من ذلك، فإن بعض المتعضيات الدقيقة حقيقية النواة لا تقتصر على نظام غذائي واحد. فتعيش بعض الطحالب، على سبيل المثال، بتغذية ذاتية ضوئية في الضوء، ولكنها تتحول إلى تغذية كيميائية عضوية في الظلام. وعن النباتات العليا، فإنها تحافظ على قدرتها على التنفس غيري التغذية على النشا في الليل، والذي تخلَّق بالتغذية الضوئية خلال النهار.

تظهر بدائيات النوى تنوعًا كبيرًا في الفئات الغذائية. فعلى سبيل المثال، تعد بكتيريا الكبريت القرمزية والزراقم ذاتية التغذية ضوئية بوجه عام، بينما البكتيريا غير الكبريتية القرمزية من النوع المتغذي العضوي الضوئي. هذا، وتقتصر بعض أنواع البكتيريا على مجموعة غذائية واحدة، بينما يتميز غيرها بالقدرة على الاختيار والتحول من نظام إلى آخر وفقًا لمصادر التغذية المتوفرة.