Nutrición autótrofa

¿Qué es la nutrición autótrofa?

La nutrición autótrofa es un proceso que ocurre en organismos que tienen capacidad de sintetizar las sustancias esenciales para obtener energía a partir de sustancias inorgánicas. La energía proviene de la luz solar o de algunos compuestos químicos.

Por ejemplo, las plantas y algas son organismos autótrofos, ya que producen su propia energía: no necesitan alimentarse de otros seres vivos. Al contrario, los animales herbívoros, omnívoros o carnívoros son heterótrofos.

Tomando en consideración el tipo de fuente empleada en el procedimiento de nutrición, existen organismos fotoautótrofos y quimioautótrofos. Los primeros obtienen la energía de la luz solar y están representados por las plantas, las algas y algunas bacterias fotosintéticas.

Los quimioautótrofos utilizan diversos compuestos inorgánicos reducidos, como el hidrógeno molecular, para realizar los procedimientos que le permiten obtener sus nutrientes. Este grupo se encuentra integrado por las bacterias.

Características de la nutrición autótrofa

– Conversión de la energía. En la nutrición autótrofa, la energía química y la solar se convierte en varios subproductos, como la glucosa.

– Transferencia de energía. Los seres autótrofos (o productores) conforman la base de todas las cadenas alimentarias. En este sentido, la energía se transfiere desde los autótrofos a los consumidores primarios que los consumen y luego a los carnívoros que devoran a los primarios. Así, una planta, como organismo autótrofo, es el alimento principal de los ciervos (consumidor primario) y el león de montaña (consumidor secundario), caza y consume al venado. Cuando el león muere, los microorganismos y las bacterias actúan sobre la materia descompuesta, y la energía vuelve nuevamente a la tierra. En los respiraderos hidrotermales, la bacteria autotrófica es el organismo productor de la red alimentaria. Los mejillones y los caracoles son los consumidores primarios, que se alimentan de las bacterias. A su vez, el pulpo incluye en su dieta a dichos moluscos.

– Estructuras y sustancias especializadas. Los autótrofos presentan diversas estructuras que les permiten obtener su energia de la luz o de productos químicos.

– Cloroplastos. Orgánulos ovalados que se encuentran en las células de plantas y algas. Están rodeados por membranas y en su interior ocurre la fotosíntesis. Los dos tejidos membranosos que los rodean tienen una estructura continua, que los delimitan. La capa externa es permeable, debido a la presencia de porinas. La membrana interna contiene proteínas, que se encargan del transporte de sustancias. En el interior tiene una cavidad, conocida como estroma, donde están los ribosomas, lípidos, gránulos de almidón y el ADN. Además, poseen unos sáculos llamados tilacoides, cuyas membranas contienen los pigmentos fotosintéticos, lípidos, enzimas y proteínas.

– Pigmentos fotosintéticos. Absorben la energía proveniente de la luz solar, y será procesada por el sistema fotosintético.

– Clorofila. Pigmento de color verde formado por un anillo de una cromoproteína llamada porfirina. Alrededor de esta, los electrones migran libremente, lo que ocasiona que el anillo tenga el potencial de ganar o de perder electrones. Por eso, posee el potencial de facilitar a otras moléculas los electrones que están energizados. Así, la energía solar es captada y transmitida a otras estructuras fotosintéticas. Existen diversos tipos de clorofila: la clorofila a está en las plantas y en las algas. La b se encuentra en las plantas y en las algas verdes, la c está presente en los dinoflagelados, y la d, la poseen las cianobacterias.

– Carotenoides. Como otros pigmentos fotosintéticos, los carotenoides captan la energía luminosa. Pero también contribuyen a disipar el exceso de radiaciones absorbidas. Los carotenoides carecen de la capacidad de utilizar directamente la energía lumínica para la fotosíntesis. Estos transfieren la energía absorbida a la clorofila, por lo que son considerados pigmentos accesorios.

Nutrición autótrofa en ambientes extremos

Muchos quimioautótrofos, entre los que están las bacterias nitrificantes, se distribuyen en lagos, mares y el suelo. Sin embargo, otros suelen vivir en ecosistemas extremos, donde existen los químicos necesarios para realizar la oxidación.

Por ejemplo, las bacterias que habitan en volcanes activos oxidan el azufre para elaborar sus alimentos. Asimismo, existen bacterias que se localizan en las aguas termales, y otras viven en la profundidad del océano, cerca de respiraderos hidrotermales.

En esta área, el agua se filtra a través de una grieta en las rocas calientes. Esto ocasiona que al agua marina queden incorporados diversos minerales, entre los que se encuentra el sulfuro de hidrógeno, empleado por las bacterias para la quimiosíntesis.

Estos organismos se llaman extremófilos.

Etapas de la nutrición autótrofa

• Paso de membrana y captación de energía. En este proceso, las moléculas inorgánicas reducidas, como el amoníaco, y las moléculas inorgánicas sencillas, como sales, agua y dióxido de carbono, traspasan la membrana celular semipermeable, sin ocasionarle a la célula ningún gasto de energía. Por otra parte, en los organismos fotoautótrofos ocurre la captación de la energía lumínica, fuente utilizada para la fotosíntesis.
• Metabolismo. Durante la nutrición autótrofa, en el citoplasma celular ocurre un conjunto de reacciones químicas. Como resultado de estos procesos, se obtiene la energía bioquímica, empleada por la célula para el cumplimiento de sus funciones vitales.
• Excreción. Esta fase final consiste en la eliminación, mediante la membrana celular semipermeable, de todos los productos de desecho que provienen del metabolismo nutricional.

Tipos de nutrición autótrofa

Tomando en consideración el tipo de fuente de energía utilizada, la nutrición autótrofa se clasifica de dos formas, fotoautótrofa y quimioautótrofa.

• Fotoautótrofa. Los fotoautótrofos son organismos que obtienen la energía a partir de la luz solar, proceso que recibe el nombre de fotosíntesis. A este grupo pertenecen las algas verdes, las plantas y algunas bacterias fotosintéticas. La fotosíntesis ocurre en los cloroplastos y presenta dos fases. La primera es la luminosa. En esta, existe una disociación de la molécula de agua, para lo cual se utiliza la energía lumínica. El producto de esta fase son las moléculas de ATP y NADPH. Dicha energía química se utiliza en la segunda etapa del proceso, conocida como fase oscura. Esta ocurre en el estroma de los cloroplastos y recibe ese nombre porque no requiere de energía luminosa para que los procesos químicos puedan concretarse. El NADPH y el ATP, productos de la fase luminosa, se emplean para sintetizar la materia orgánica, como la glucosa, utilizando el dióxido de carbono, sulfatos y como fuente de nitrógeno, los nitritos y nitratos.
• Quimioautótrofa. Los organismos quimioautótrofos, representados por las bacterias, son capaces de emplear compuestos inorgánicos reducidos como base para el metabolismo respiratorio. Como los fotoautótrofos, este grupo utiliza el anhídrido carbónico (CO2) como la principal fuente de carbono, siendo asimilado de la misma forma por las reacciones del ciclo de Calvin. Sin embargo, los quimioautótrofos no utilizan la luz solar como fuente de energía. La energía que requieren es producto de la oxidación de algunos compuestos inorgánicos reducidos, como el hidrógeno molecular, el hierro ferroso, el sulfuro de hidrógeno, el amoníaco y varias formas reducidas del azufre (H2S, S, S2O3-). Actualmente, los quimioautótrofos se encuentran comúnmente en aguas profundas, donde la luz solar es casi nula. Muchos de estos organismos necesitan vivir alrededor de respiraderos volcánicos. De esta manera el ambiente está lo suficientemente cálido para que el proceso metabólico ocurra a un ritmo elevado.

Ejemplos de seres con nutrición autótrofa

• Plantas. Salvo pocas excepciones, como la venus atrapamosca (Dionaea muscipula) que puede atrapar insectos y digerirlos por acción enzimática, todas las plantas son exclusivamente autótrofas.
• Algas verdes. Son un grupo parafilético de las algas, estrechamente relacionado con las plantas terrestres. Actualmente existen más de 10.000 especies. Suelen vivir en diversos hábitats de agua dulce, aunque pudieran encontrarse en algunos mares. Este grupo tiene pigmentos como clorofila a y b, xantofilas, β-caroteno y algunas sustancias de reserva, como el almidón.
  • Ulva lactuca, conocida como lamilla, es un alga verde que crece en la zona intermareal de la gran mayoría de los océanos. Tiene particulares hojas largas, con bordes rizados, que le dan un aspecto de lechuga. Esta especie está en el grupo de las algas comestibles. Además, se utiliza en la industria cosmética (elaboración de productos hidratantes).
  • Volvox aureus, habita en aguas dulces, formando colonias esféricas de aproximadamente 0,5 milímetros. Estas agrupaciones están formadas por alrededor de 300 a 3.200 células, interconectadas por fibras de plasma. En los cloroplastos se acumula almidón y tienen pigmentos fotosintéticos, como la clorofila a, b y ß-caroteno.
• Cianobacterias. Anteriormente se conocían como cloroxibacterias, algas verde-azuladas y algas verdeazules. Esto se debe a que poseen pigmentos clorofílicos que les dan ese tono verde. También tienen una morfología similar a las algas. Son un filo de bacterias, integrado por las únicas procariotas con capacidad de utilizar la luz solar como energía, y el agua como fuente de electrones para la fotosíntesis.
• Bacterias de hierro (Acidithiobacillus ferrooxidans). Acidithiobacillus ferrooxidans obtiene la energía del hierro ferroso. En este proceso, los átomos de hierro insolubles en el agua se convierten en una forma molecular soluble. Esto ha permitido que dicha especie sea utilizada para extraer el hierro de algunos minerales, donde no pudieron ser eliminados de manera convencional.
• Bacterias incoloras del azufre. Transforman el sulfuro de hidrógeno, producto de la descomposición de la materia orgánica, en sulfato. Dicho compuesto es utilizado por las plantas.

Referencias 

1. Autotrophic nutrition. Recuperado de link.springer.com.
2. Autotrophic metabolism. Recuperado de britannica.com.
3. Autotroph. Recuperado de nationalgeographic.org.
4. Autotrophs. Recuperado de sciencedirect.com.
5. Nutritional Types of Bacteria. Recuperado de sciencing.com.