主な違い – 光食性生物と化学栄養生物
環境中に存在する栄養生物には、「光栄養生物」と「化学栄養生物」の2種類があります。
光栄養生物は、そのほとんどが太陽光のエネルギーを使って食料を生産する独立栄養生物です。
化学栄養生物は、無機化合物や有機化合物を酸化してエネルギー源とする。
食物連鎖の一次生産者です。
光栄養生物と化学栄養生物の大きな違いは、光栄養生物がプロトンを捕獲してエネルギーを得るのに対し、化学栄養生物は電子供与体を酸化してエネルギーを得ることである。
本稿では、この点について解説する。
- 光栄養生物とは
– 定義、特徴、分類 - 化学栄養生物とは
– 定義、特徴、分類 - 従属栄養生物と従属栄養生物の違いとは？
光栄養生物とは
エネルギーを得るためにプロトン捕獲を行う生物を光栄養生物と呼びます。
光栄養生物は、光エネルギーを利用して、有機化合物の形で食物を生産する。
これらの複雑な有機化合物は、最終的に細胞の代謝プロセスのエネルギー源として使用されます。
光合成は、プロトンを捕獲する主要なプロセスです。
光合成の過程で、二酸化炭素は有機物に同化変換されます。
これらの有機物は、構造体を構築するためにも使用されます。
光合成で生成される有機化合物の第一形態はグルコースです。
これが重合して、複合有機化合物である炭水化物、デンプン、タンパク質、脂肪を形成する。
光合成細菌は、電子輸送連鎖または直接プロトンポンプを用いて、ATP合成酵素で使用される電気化学的勾配を発生させている。
ATPは細胞機能のための化学エネルギーを提供する。
光栄養の分類
光従属栄養生物には、独立栄養生物と従属栄養生物とがあります。
光独立栄養生物は、光をエネルギー源として炭素を単糖に固定する。
緑色植物、藻類、シアノバクテリアなどが光独立栄養生物に該当します。
従属栄養生物は、二酸化炭素から炭素を固定する生物です。
光エネルギーをクロロフィルで取り込み、水を分解して酸素を生産する光栄養生物は、酸素光合成生物です。
図1：陸上型光独立栄養生物と水生型光独立栄養生物
光エネルギーを利用し、有機化合物を炭素源とする光従属栄養生物。
光独立栄養生物には、Rhodobactorなどのバクテリアが含まれる。
ケモトローフとは
電子供与体を酸化することでエネルギーを得ている生物を従属栄養生物という。
炭素源には無機炭素と有機炭素があります。
化学合成は、化学栄養生物における主要な生産代謝です。
化学合成では、二酸化炭素やメタンなどの単純な炭素を含む分子を用いて、水素ガスや硫化水素を酸化することにより、有機化合物を栄養源として生産する。
化学栄養生物は、硫黄酸化プロテオバクテリア、アクィフィケラ、好中球状鉄酸化細菌、メタン生成アーキアなど、生物地球化学的に重要な分類群から構成されている。
海洋のような暗所にいる生物は、化学合成によって餌を生産している。
水素ガスがあれば、炭酸ガスと水素の反応でメタンが生成される。
海洋では、酸素の有無にかかわらず、アンモニアと硫化水素が酸化されて餌が作られる。
化学合成細菌は、海洋中の生物に消費され、共生関係を営む。
熱水噴出孔、冷湧水、メタンクラスレート、孤立した洞窟水などの二次生産者は、化学栄養細菌の恩恵に浴している。
ケモトロフィーの分類
化学栄養生物には、有機化合物を酸化してエネルギーを得る化学有機栄養生物と、無機化合物を酸化してエネルギーを得る化学好塩基性生物とがあります。
ケモリソトロフは、硫化水素、アンモニウムイオン、鉄イオン、元素状硫黄などの無機化学物質から電子を得る。
ケモリソトロフの例としては、アシスティオバチルス・フェロオキシダンズ、ニトロソモナス、ニトロバクター、藻類などがあります。
また、化学栄養生物は、独立栄養生物と従属栄養生物のいずれでもあり得る。
化学合成細菌は、海底や海底火山など、太陽光に依存しない場所で確認することができる。
化学合成細菌は、海中のRiftia pachyptilaのような巨大なチューブワームの腸を置き換えている。
図2: リフティア・パキプティラ
光栄養生物と化学栄養生物の違い
定義
光栄養生物。
エネルギーを得るためにプロトンを捕獲する生物を光栄養生物という。
化学栄養生物。
化学栄養生物：電子供与体を酸化してエネルギーを得る生物を化学栄養生物という。
エネルギー源
光栄養生物。
主に太陽光をエネルギー源とする。
化学栄養生物。
化学栄養生物のエネルギー源は、化学物質の酸化エネルギーです。
タイプ
光栄養生物。
光独立栄養型と光従属栄養型があります。
化学栄養生物。
化学栄養生物は、化学有機栄養生物と化学石器栄養生物があります。
例
光栄養生物。
植物、藻類、シアノバクテリアは光独立栄養生物、紫色非硫黄細菌、緑色非硫黄細菌、ヘリオバクテリアは光従属栄養生物。
化学栄養生物。
Acidithiobacillus ferrooxidans、Nitrosomonas、Nitrobacter、藻類など、ほとんどの細菌が化学求石栄養生物です。
結論
光栄養生物と化学栄養生物は、どちらも環境中に存在する2つの栄養グループです。
どちらも独立栄養型と従属栄養型があります。
したがって、独立栄養生物は自分自身の食物を生産し、従属栄養生物は他の生物の食物を消費する。
また、食物連鎖の一次レベルと二次レベルに存在することもあります。
光栄養生物と化学栄養生物の主な違いは、エネルギー源です。
