Ciclo tra autotrofi ed eterotrofi. Gli autotrofi usano la luce, l'
anidride carbonica
(CO
2
), e l'
acqua
per formare
ossigeno
e composti organici complessi, principalmente tramite la
fotosintesi
(freccia verde). Entrambi i tipi di organismi usano tali composti tramite
respirazione cellulare
per generare
ATP
e formare ancora CO
2
e acqua (le due frecce rosse).
L'
eterotrofia
, dal
greco
?τερο?
(heteros),
diverso
e
τρ??ω
(treph?),
io mi nutro
[1]
, e la condizione nutrizionale di un
organismo vivente
che non e in grado di sintetizzare tutte le proprie
molecole organiche
autonomamente a partire da altre molecole inorganiche, come ad esempio utilizzando l'
anidride carbonica
.
[2]
Per la sopravvivenza esso deve quindi far riferimento a
composti organici
precedentemente sintetizzati da altri organismi, che sono invece detti
autotrofi
, come ad esempio tutte le
piante
che posseggono
clorofilla
.
Gli organismi eterotrofi possono essere suddivisi in due classi principali: fotoeterotrofi e chemioeterotrofi.
- I primi,
fotoeterotrofi
, producono energia dalla luce e utilizzano composti organici per funzioni plastiche. Consumano poco o niente dell'energia prodotta durante la fotosintesi per ridurre
NADP
a
NADPH
, in quanto non c'e bisogno di usare il
ciclo di Calvin
se i
carboidrati
sono disponibili nella dieta.
- I
chemioeterotrofi
invece producono ATP da ossidanti chimici. Ci sono due tipi di chemioeterotrofi: chemioorganoeterotrofi e chemiolitoeterotrofi.
- I chemiolitoeterotrofi, o eterotrofi litotrofici come solfobatteri (ad esempio
Beggiatoa
e
Thiobacillus
) e batteri solfato-riduttori, utilizzano sostanze inorganiche per produrre ATP, tra cui solfuro di idrogeno, zolfo elementare, tiosolfato, e idrogeno molecolare. Essi utilizzano i composti organici per costruire le loro strutture biologiche.
- Chemioorganoeterotrofi, o semplicemente organotrofi, sfruttano come fonti di energia i composti di carbonio ridotto, come carboidrati, grassi e
proteine
da piante e animali.
In ecologia gli esseri eterotrofi si dicono anche
consumatori
;
primari
quando si nutrono di autotrofi (ad esempio gli
erbivori
) e
di ordine superiore
quando si nutrono di altri eterotrofi (ad esempio i
carnivori
).
Negli organismi eterotrofi e presente la sola reazione di
respirazione
(che semplificata al massimo puo essere espressa come:
glucosio
+
ossigeno
->
biossido di carbonio
+
acqua
+
energia
), mentre negli organismi
autotrofi
e presente (e prevalente) la reazione di
fotosintesi
(che, anch'essa semplificata al massimo, puo essere espressa come
acqua
+ biossido di carbonio + energia (solare) -> glucosio + ossigeno).
Per molto tempo si e ipotizzato che le prime
cellule
fossero eterotrofe in quanto utilizzavano le molecole organiche presenti nel
brodo primordiale
, le stesse molecole utilizzate dalle cellule per autoassemblarsi. Secondo questa ipotesi, a mano a mano che le cellule primitive aumentavano di numero, cominciarono a esaurire le molecole complesse da cui dipendeva la loro esistenza e che avevano impiegato milioni di anni per accumularsi. Una volta ridotta la riserva di queste molecole, incomincio una forma di competizione: le cellule che erano in grado di fare un uso efficiente delle limitate fonti di energia allora disponibili avevano piu probabilita di sopravvivere e di riprodursi rispetto alle cellule prive di tali capacita. Col passare del tempo si evolsero cellule che erano capaci di sintetizzare molecole organiche a partire da semplici sostanze inorganiche.
Le scoperte piu recenti, tuttavia, sono piu orientate verso l'ipotesi che le prime cellule potessero essere autotrofe, chemiosintetiche o fotosintetiche, piuttosto che eterotrofe. Innanzitutto, sono stati trovati parecchi gruppi differenti di batteri chemiosintetici che avrebbero potuto essere molto adatti alle condizioni ambientali predominanti sul giovane pianeta; alcuni di questi batteri, come i metanogeni, possono vivere soltanto in assenza di ossigeno, una condizione predominante sulla giovane Terra, ma presente oggi solo in ambienti isolati come i fondali di melma e fango delle
paludi
; altri, invece, sono stati trovati nelle profonde
fosse oceaniche
dove si raccolgono i gas sfuggiti dalle fessure della
crosta terrestre
. E stato accertato che questi batteri sono i rappresentanti sopravvissuti di gruppi molto antichi di
organismi unicellulari
.
In secondo luogo, in alcuni esperimenti che simulano le condizioni ambientali della
Terra primitiva
, sono state prodotte molecole organiche che sono i precursori chimici della
clorofilla
delle piante; quando queste molecole sono mescolate a molecole organiche semplici in un ambiente privo di ossigeno e illuminato, hanno luogo reazioni
fotosintetiche
primitive. Queste reazioni somigliano a quelle che si svolgono in alcuni tipi di batteri fotosintetici.
I biologi, al momento attuale, non sono in grado di risolvere il problema se i primi
microfossili
fossero eterotrofi o autotrofi, ma e certo che, senza l'evoluzione degli autotrofi, la vita sulla Terra sarebbe presto cessata. In piu di 3,5 miliardi di anni dall'origine della vita sulla Terra a oggi, gli autotrofi di maggiore successo (quelli cioe che hanno lasciato il maggior numero di discendenti e si sono diversificati nella maggior varieta di forme) sono stati quelli che hanno sviluppato un sistema per utilizzare direttamente l'energia del Sole nel processo di fotosintesi. Con la comparsa della fotosintesi, il flusso di energia nella
biosfera
venne ad assumere la sua forma moderna dominante: energia radiante del sole trasmessa, attraverso gli autotrofi fotosintetici, a tutte le altre forme di vita.