Zelltypen und Ernährung: Autotrophie vs. Heterotrophie

1. Zelltypen: Prokaryoten und Eukaryoten

1.1. Prokaryotische Zellen

Die primitiven Zellen werden als Prokaryoten bezeichnet. Bei ihnen ist das Zytoplasma im gesamten Zellinneren verteilt. Bakterien sind typische einzellige Prokaryonten.

1.2. Eukaryotische Zellen

Alle anderen Lebewesen bestehen aus eukaryotischen Zellen, die komplexer entwickelt sind. Bei ihnen ist der Zellkern gut differenziert und durch eine Membran vom Zytoplasma getrennt.

Eukaryotische Organismen umfassen:

• Einzeller: Wie einige Pilze, bestimmte Algen und Protozoen.
• Mehrzellige Organismen: Wie Tiere, Pflanzen, einige Pilze und einige Algen.

Unterschiede zwischen Pflanzen- und Tierzellen

Nicht alle eukaryotischen Zellen sind gleich. Pflanzliche eukaryotische Zellen unterscheiden sich von tierischen eukaryotischen Zellen, da sie außerhalb der Zellmembran eine starre Wand aus Zellulose besitzen, die einen hohen Widerstand bietet. Sie enthalten außerdem Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet.

Auch die Zellen desselben Organismus sind nicht identisch. Dies liegt daran, dass sie sich auf verschiedene Aufgaben spezialisieren.

2. Ernährung von Lebewesen

2.1. Die autotrophe Ernährung

Pflanzen, Algen und einige Bakterien ernähren sich autotroph. Sie sind in der Lage, organische Stoffe aus anorganischen Stoffen selbst herzustellen. Dieser Prozess umfasst die folgenden Schritte:

Schritte der autotrophen Ernährung

1. Aufnahme von Nährstoffen

   Aufnahme anorganischer Moleküle: Wasser und gelöste Salze werden über die Wurzeln aufgenommen, und Kohlendioxid (CO₂) wird über die Spaltöffnungen (Stomata) der Blätter zugeführt.

2. Produktion organischer Stoffe (Photosynthese)

   Dieser Prozess, Photosynthese genannt, findet in den Chloroplasten der Pflanzenzelle statt. Dort fängt der Farbstoff Chlorophyll die Energie des Sonnenlichts ein. Zusammen mit den Nährstoffen wird diese Energie genutzt, um organische Stoffe wie Glukose zu produzieren. Als Nebenprodukt der Photosynthese wird Sauerstoff (O₂) freigesetzt.

3. Verwendung organischer Stoffe (Zellatmung)

   Alle Pflanzenzellen nutzen die erzeugten einfachen Moleküle, um ihre Struktur zu regenerieren und zu wachsen. Diese einfachen Moleküle werden jedoch auch in der Zellatmung verwendet – einem entscheidenden Prozess, der der Pflanze die gesamte Energie für ihre Lebensfunktionen zur Verfügung stellt.

   Bei der Zellatmung wird Glukose in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut, wobei H₂O, CO₂ und Energie entstehen.

4. Entsorgung von Abfallstoffen (Ausscheidung)

2.1.1. Die Bedeutung der Photosynthese

• Sauerstoffproduktion: Pflanzen produzieren während des Tages Sauerstoff durch Photosynthese und verbrauchen einen Teil davon durch Atmung (Tag und Nacht). Da die Menge des durch Photosynthese produzierten Sauerstoffs größer ist als die Menge, die bei der Atmung verbraucht wird, steht genügend Sauerstoff für andere Lebewesen in ihrer Umgebung zur Verfügung.
• Luftreinigung: Pflanzen reinigen die Luft, indem sie große Mengen an Kohlendioxid in organische Materie umwandeln.
• Basis der Nahrungskette: Photosynthetische Organismen sind die Produzenten organischer Materie in Ökosystemen. Andere Lebewesen, die direkt oder indirekt von dieser organischen Substanz abhängen, werden als Konsumenten bezeichnet.

Die organische Materie gelangt in Ökosystemen durch die sogenannten Nahrungsketten von einem Lebewesen zum nächsten.

2.2. Heterotrophe Ernährung

Lebewesen mit heterotropher Ernährung benötigen andere Lebewesen, da sie nicht in der Lage sind, Photosynthese zu betreiben. Sie nehmen organische Moleküle (wie Zucker, Fette, Proteine) als Nährstoffe auf, die ihre Zellen metabolisieren, um Strukturen zu regenerieren, zu wachsen oder sich zu reproduzieren, und um Energie durch Zellatmung zu gewinnen.

Phasen der heterotrophen Ernährung

1. Aufnahme organischer Materie

   Einzellige heterotrophe Organismen nehmen die Nahrungselemente aus der Umgebung auf und schließen sie in einer Verdauungsvakuole ein.

   Die meisten mehrzelligen Tiere benötigen ein Verdauungssystem, um die aufgenommene Nahrung in einfache Moleküle umzuwandeln, die von ihren Körperzellen verwendet werden können.

2. Gasaustausch (Äußere Atmung)

   Bei den meisten Tieren sind die Atmungsorgane dafür verantwortlich, Sauerstoff aufzunehmen und in den Blutkreislauf zu leiten sowie Kohlendioxid zu sammeln und nach außen abzugeben. Dieser Vorgang wird als äußere Atmung bezeichnet.

3. Transport

   Die absorbierten Nährstoffe gelangen in das Kreislaufsystem, das für den Transport zu den verschiedenen Zellen verantwortlich ist.

4. Verwertung organischer Materie (Metabolismus/Zellatmung)

   Die tierischen Zellen entnehmen der zirkulierenden Flüssigkeit Nährstoffe (einfache organische Moleküle aus der Verdauung) und Sauerstoff (aus der Atmung). Die organischen Nährstoffe werden während der Zellatmung mit Sauerstoff verbrannt, wodurch Abfallstoffe wie Kohlendioxid und Energie entstehen.

5. Entsorgung von Abfallstoffen (Ausscheidung)