Táplálkozás -Nutrition

lásd a feliratot
Amblypodia anita ( lila levelű kék ​​pillangó), amely tápanyagokat gyűjt a guanóból

A táplálkozás az a biokémiai és fiziológiai folyamat, amelynek során egy szervezet táplálékot használ fel élete fenntartásához . Tápanyagokkal látja el az élőlényeket , amelyek metabolizálva energia- és kémiai struktúrákat hozhatnak létre. Ha nem jut elegendő tápanyaghoz, az alultápláltságot okoz . A táplálkozástudomány a táplálkozástudomány, bár jellemzően az emberi táplálkozásra helyezi a hangsúlyt .

A szervezet típusa határozza meg, hogy milyen tápanyagokra van szüksége, és hogyan szerzi be azokat. Az élőlények szerves anyagok , szervetlen anyagok fogyasztásával, fényelnyeléssel vagy ezek kombinációjával jutnak tápanyaghoz . Vannak, akik belsőleg képesek tápanyagokat előállítani az alapvető elemek fogyasztásával, míg másoknak más organizmusokat kell fogyasztaniuk a már meglévő tápanyagok megszerzéséhez. Az élet minden formája szénre , energiára és vízre , valamint számos más molekulára van szükség. Az állatoknak összetett tápanyagokra, például szénhidrátokra , lipidekre és fehérjékre van szükségük , amelyeket más élőlények fogyasztásával szereznek be. Az emberek a mezőgazdaságot és a főzést úgy fejlesztették ki , hogy helyettesítsék a takarmányozást és javítsák az emberi táplálkozást. A növények a talajon és a légkörön keresztül jutnak tápanyaghoz . A gombák lebontva és a micéliumon keresztül felszívják a tápanyagokat maguk körül .

Tanulmány

Az élelmiszerek és tápanyagok tudományos elemzése a 18. század végén, a kémiai forradalom idején kezdődött. A 18. és 19. században a kémikusok különböző elemekkel és táplálékforrásokkal kísérleteztek a táplálkozás elméleteinek kidolgozása érdekében. A modern táplálkozástudomány az 1910-es években kezdődött, amikor elkezdték azonosítani az egyes mikroelemeket. Az első kémiai úton azonosított vitamin a tiamin volt 1926-ban, a következő évtizedekben pedig a vitaminok táplálkozásban betöltött szerepét vizsgálták. Az első ajánlott étrendi juttatásokat az emberek számára a nagy gazdasági világválság és a második világháború idején dolgozták ki . Az emberi egészségben betöltött jelentősége miatt a táplálkozástudomány nagy hangsúlyt fektet az emberi táplálkozásra és a mezőgazdaságra, míg az ökológia másodlagos szempont.

Tápanyagok

A mezőgazdasági rendszereken belüli komposztálás az ökoszisztémák tápanyag-újrahasznosításának természetes szolgáltatásait használja ki. Baktériumok , gombák , rovarok , giliszták , poloskák és más élőlények ássák ki és emésztik fel a komposztot termékeny talajba. A talajban lévő ásványi anyagokat és tápanyagokat visszaforgatják a növénytermesztésbe.

A tápanyagok olyan anyagok, amelyek energiával és fizikai összetevőkkel látják el a szervezetet, lehetővé téve a túlélést, növekedést és szaporodást. A tápanyagok lehetnek alapelemek vagy összetett makromolekulák . A szerves anyagokban körülbelül 30 elem található , amelyek közül a nitrogén , a szén és a foszfor a legfontosabb. A makrotápanyagok azok az elsődleges anyagok, amelyekre egy szervezetnek szüksége van, a mikrotápanyagok pedig olyan anyagok, amelyekre egy szervezetnek nyomokban szüksége van. A szerves mikrotápanyagok a vitaminok , a szervetlenek pedig az ásványi anyagok .

A tápanyagokat a sejtek felszívják és felhasználják az anyagcsere-biokémiai reakciókban. Ezek közé tartoznak a táplálási reakciók, amelyek prekurzor metabolitokat és energiát hoznak létre, bioszintetikus reakciók, amelyek a prekurzor metabolitokat építőelem-molekulákká alakítják, polimerizációk , amelyek ezeket a molekulákat makromolekula polimerekké egyesítik , és összeállítási reakciók, amelyek ezeket a polimereket sejtszerkezetek felépítésére használják.

Táplálkozási csoportok

Az élőlényeket aszerint lehet osztályozni, hogy hogyan nyernek szén- és energiaforrást. A heterotrófok olyan szervezetek, amelyek tápanyagokhoz jutnak más szervezetek szénjének elfogyasztásával, míg az autotrófok olyan szervezetek, amelyek szervetlen anyagok, például szén-dioxid szénéből állítják elő saját tápanyagaikat . A mixotrófok olyan szervezetek, amelyek lehetnek heterotrófok és autotrófok, beleértve néhány planktont és húsevő növényeket . A fototrófok a fényből nyernek energiát, míg a kemotrófok úgy, hogy anyagból kémiai energiát fogyasztanak. Az organotrófok más organizmusokat fogyasztanak el az elektronok beszerzéséhez, míg a litotrófok szervetlen anyagokból, például vízből , hidrogén-szulfidból , dihidrogénből , vas(II) , kénből vagy ammóniumból nyernek elektronokat . A prototrófok alapvető tápanyagokat hozhatnak létre más vegyületekből, míg az auxotrófoknak a már meglévő tápanyagokat kell fogyasztaniuk.

Diéta

A táplálkozásban egy szervezet étrendje az általa elfogyasztott élelmiszerek összessége.

Tápanyag ciklus

A tápanyagciklus egy biogeokémiai körfolyamat , amelyben szervetlen anyagok mozognak talajon, élőlényeken, levegőn vagy vízen keresztül, ahol ezek szerves anyaggá cserélődnek. Az energiaáramlás egyirányú és nem ciklikus, míg az ásványi tápanyagok mozgása ciklikus. Az ásványi körfolyamatok közé tartozik a szén- , kén- , nitrogén- , víz- , foszfor- és oxigénciklus , többek között, amelyek más ásványi tápanyagokkal együtt folyamatosan újrahasznosítják a produktív ökológiai táplálkozást.

Az élő szervezetek és a természetes folyamatok által végrehajtott biogeokémiai körfolyamatok a víz , a szén , a nitrogén , a foszfor és a kén körforgása .

Takarmányozás

Előkészített bottal termeszekre halászó bonobo

A takarmányozás a tápanyagok felkutatásának folyamata a környezetben. Meghatározható úgy is, hogy magában foglalja az erőforrások későbbi felhasználását is. Egyes organizmusok, mint például az állatok és a baktériumok, képesek navigálni, hogy tápanyagokat találjanak, míg mások, például a növények és gombák, kifelé nyúlnak, hogy tápanyagokat találjanak. A táplálékkeresés lehet véletlenszerű, amelyben a szervezet módszer nélkül keres tápanyagot, vagy lehet szisztematikus, amelyben a szervezet közvetlenül táplálékforráshoz juthat. Az élőlények képesek érzékelni a tápanyagokat az íz vagy a tápanyag-érzékelés más formái révén , lehetővé téve számukra a tápanyagbevitel szabályozását. Az optimális takarmányozási elmélet egy olyan modell, amely a takarmányozási viselkedést költség-haszon elemzésként magyarázza , amelyben az állatnak maximalizálnia kell a tápanyag-nyereséget, miközben minimálisra kell csökkentenie a takarmányozásra fordított időt és energiát. Az állatok táplálékkeresési szokásainak elemzésére hozták létre, de más élőlényekre is kiterjeszthető. Egyes organizmusok olyan szakemberek, amelyek egyetlen táplálékforráshoz alkalmazkodnak a takarmányozáshoz, míg mások általánosak, amelyek különféle táplálékforrásokat fogyaszthatnak.

Tápanyaghiány

Az alultápláltságnak nevezett tápanyaghiány akkor fordul elő, ha egy szervezet nem rendelkezik a számára szükséges tápanyagokkal. Ennek oka lehet az elégtelen tápanyagfelvétel vagy a tápanyagok hirtelen elvesztése. Amikor ez megtörténik, a szervezet az energiafelhasználás és -kiadások csökkentésével alkalmazkodik, hogy meghosszabbítsa a tárolt tápanyagok felhasználását. Az elraktározott energiatartalékokat addig használja, amíg ki nem merülnek, majd lebontja saját testtömegét további energiáért.

Az organizmusokban

Állat

lásd a feliratot
Egy jégmadár eszik egy ebihalat az Ariège folyó közelében , Franciaország

Az állatok heterotrófok, amelyek más szervezeteket fogyasztanak a tápanyagok megszerzéséhez. A növényevők olyan állatok, amelyek növényeket esznek, a húsevők olyan állatok, amelyek más állatokat esznek, a mindenevők pedig olyan állatok, amelyek növényeket és más állatokat is esznek. Sok növényevő a bakteriális fermentációra támaszkodik, hogy emészthető tápanyagokat hozzon létre az emészthetetlen növényi cellulózból, míg a kötelező húsevőknek állati húsokat kell enniük, hogy bizonyos vitaminokhoz vagy tápanyagokhoz juthassanak, amelyeket szervezetük egyébként nem tud szintetizálni. Az állatok általában nagyobb energiaigényűek, mint a növények. Az állatok életéhez nélkülözhetetlen makroelemek a szénhidrátok, aminosavak és zsírsavak .

A víz kivételével minden makrotápanyagra szüksége van a szervezetnek energiához, de nem ez az egyetlen élettani funkciója. Az élelmiszerben lévő makrotápanyagok által biztosított energiát kilokalóriákban mérik, általában kalóriáknak nevezik, ahol 1 kalória az az energiamennyiség, amely 1 kilogramm víz 1 Celsius-fokkal történő megemeléséhez szükséges.

A szénhidrátok olyan molekulák, amelyek jelentős mennyiségű energiát tárolnak. Az állatok megemésztik és metabolizálják a szénhidrátokat, hogy megszerezzék ezt az energiát. A szénhidrátokat jellemzően a növények szintetizálják az anyagcsere során, és az állatoknak a legtöbb szénhidrátot a természetből kell beszerezniük, mivel csak korlátozottan képesek előállítani. Ide tartoznak a cukrok , oligoszacharidok és poliszacharidok . A glükóz a szénhidrát legegyszerűbb formája. A szénhidrátok lebontása során glükóz és rövid szénláncú zsírsavak keletkeznek , és ezek a legelterjedtebb tápanyagok a növényevő szárazföldi állatok számára.

A lipidek zsírokkal és olajokkal látják el az állatokat. Vízben nem oldódnak, és hosszú ideig képesek energiát tárolni. Sokféle növényi és állati forrásból beszerezhetők. A legtöbb étkezési lipid triglicerid , amely glicerinből és zsírsavakból áll . A foszfolipidek és szterinek kisebb mennyiségben találhatók. Egy állat szervezete csökkenti az általa termelt zsírsavak mennyiségét, ha az étrendi zsírbevitel nő, míg a szénhidrátbevitel növekedésével növeli az általa termelt zsírsavak mennyiségét.

Az állatok által elfogyasztott fehérjék aminosavakká bomlanak le, amelyeket később új fehérjék szintézisére használnak fel. A fehérjét sejtszerkezetek, folyadékok és enzimek (biológiai katalizátorok ) kialakítására használják . Az enzimek nélkülözhetetlenek a legtöbb anyagcsere- folyamathoz, valamint a DNS-replikációhoz , javításhoz és transzkripcióhoz .

Az állatok viselkedésének nagy részét a táplálkozás szabályozza. A vándorlási minták és a szezonális tenyésztés az élelem elérhetőségével összefüggésben zajlik, és udvarlási kijelzőket használnak az állatok egészségi állapotának bemutatására. Az állatok pozitív és negatív asszociációkat alakítanak ki az egészségüket befolyásoló élelmiszerekkel, és ösztönösen elkerülhetik azokat az ételeket, amelyek mérgező sérülést vagy táplálkozási egyensúlyhiányt okoztak a kondicionált élelmiszer-averzió révén . Egyes állatok, például a patkányok, nem keresnek új típusú táplálékot, hacsak nincs tápanyaghiányuk.

Emberi

Emberi fogyasztásra elkészített kenyér , sonka , gyümölcskonzervek és sajtok

A korai emberi táplálkozás a többi állatéhoz hasonló tápanyag utánpótlásból állt, de ez a holocén elején eltért a neolitikus forradalomtól , amelyben az emberek a mezőgazdaságot élelmiszertermelésre fejlesztették ki. A 18. századi kémiai forradalom lehetővé tette az emberek számára, hogy tanulmányozzák az élelmiszerekben található tápanyagokat, és fejlettebb ételkészítési módszereket dolgozzanak ki . A 20. században a közgazdaságtan és a technológia terén elért jelentős előrelépések lehetővé tették a tömegtermelést és az élelmiszer-dúsítást , hogy jobban kielégítsék az emberek táplálkozási szükségleteit. Az emberi viselkedés szorosan összefügg az emberi táplálkozással, így a biológia mellett a társadalomtudomány tárgya is . Az emberek táplálkozása egyensúlyban van az élvezeti étkezéssel, és az optimális étrend az egyes személyek demográfiai és egészségügyi problémáitól függően változhat.

Az ember mindenevő, sokféle ételt eszik. A gabonatermesztés és a kenyértermelés a mezőgazdaság kezdete óta az emberi táplálkozás kulcsfontosságú eleme. A korai emberek húsért vadásztak állatokra, a mai ember pedig háziasította az állatokat, hogy elfogyassza a húst és a tojást. Az állattenyésztés fejlődése azt is lehetővé tette bizonyos kultúrákban, hogy az emberek más állatok tejét fogyasszák , és abból élelmiszerekké, például sajtokká állítsák elő . Az emberek által fogyasztott egyéb élelmiszerek közé tartoznak a diófélék, magvak, gyümölcsök és zöldségek. A háziasított állatokhoz, valamint a növényi olajokhoz való hozzáférés jelentősen megnövelte a zsírok és olajok emberi bevitelét. Az emberek fejlett élelmiszer-feldolgozási módszereket fejlesztettek ki , amelyek megakadályozzák a kórokozó mikroorganizmusok szennyeződését és egyszerűsítik az élelmiszerek előállítását. Ide tartozik a szárítás, fagyasztás, melegítés, őrlés, préselés, csomagolás, hűtés és besugárzás. A legtöbb kultúra fogyasztás előtt fűszernövényeket és fűszereket ad az ételekhez, hogy ízt adjon, bár a legtöbb nem befolyásolja jelentősen a táplálkozást. Más adalékanyagokat is használnak az élelmiszerek biztonságának, minőségének, ízének és tápanyagtartalmának javítására.

Az emberek a legtöbb szénhidrátot keményítőként nyerik a gabonafélékből, bár a cukor jelentősége megnőtt. A lipidek megtalálhatók az állati zsírokban , a vajzsírban , a növényi olajban és a leveles zöldségekben , és az ételek ízének fokozására is használják őket. A fehérje gyakorlatilag minden élelmiszerben megtalálható, mivel sejtanyagot alkot, bár bizonyos élelmiszer-feldolgozási módszerek csökkenthetik az élelmiszerben lévő fehérje mennyiségét. Az emberek az etanolból is nyerhetnek energiát , amely élelmiszer és gyógyszer is, de viszonylag kevés alapvető tápanyagot biztosít, és táplálkozási hiányosságokkal és egyéb egészségügyi kockázatokkal jár.

Embereknél a helytelen táplálkozás hiányhoz kapcsolódó betegségeket, például vakságot , vérszegénységet , skorbutot , koraszülést , halvaszületést és kreténizmust vagy a tápanyagtöbblet egészségre veszélyes állapotokat, például elhízást és metabolikus szindrómát okozhat ; és olyan gyakori krónikus szisztémás betegségek, mint a szív- és érrendszeri betegségek , a cukorbetegség és a csontritkulás . Az alultápláltság akut esetekben soványsághoz , krónikus alultápláltság esetén pedig a marasmus elakadásához vezethet .

Háziasított állat

A háziasított állatok , például a kedvtelésből tartott állatok , haszonállatok és munkaállatok , valamint más fogságban tartott állatok táplálkozását az emberek takarmányozás útján biztosítják . Takarmányt és takarmányt biztosítanak az állatállománynak. Speciális állateledeleket 1860 óta gyártanak, és a későbbi kutatások és fejlesztések foglalkoztak a kedvtelésből tartott állatok táplálkozási igényeivel. Különösen a kutyaeledel és a macskaeledel alaposan tanulmányozott, és jellemzően ezeknek az állatoknak az összes alapvető tápanyagát tartalmazza. A macskák érzékenyek néhány általános tápanyagra, például a taurinra , és további húsból származó tápanyagokra van szükségük. A nagytestű kölykök hajlamosak a túltáplálásra, mivel a kistestű kutyaeledel energiadúsabb, mint amennyit fel tudnak venni.

Növény

A növények fotoszintézisének vázlata. A megtermelt szénhidrátokat a növény tárolja vagy felhasználja.

A legtöbb növény a talajból vagy a légkörből felszívódó szervetlen anyagokon keresztül jut tápanyaghoz . A szén, a hidrogén, az oxigén, a nitrogén és a kén nélkülözhetetlen tápanyagok, amelyek szerves anyagokat alkotnak a növényben, és lehetővé teszik az enzimfolyamatokat. Ezek a talajban elnyelt ionok, például hidrogén-karbonát , nitrát , ammónium és szulfát , vagy gázokként abszorbeálódnak, mint például szén-dioxid, víz, oxigéngáz és kén-dioxid . Az észterezéshez foszfort, bórt és szilíciumot használnak . A talajból foszfátként , bórsavként és kovasavként nyerik őket . A növények által használt egyéb tápanyagok a kálium, nátrium, kalcium, magnézium, mangán, klór, vas, réz, cink és molibdén.

A növények alapvető elemeket vesznek fel a talajból a gyökereiken keresztül és a levegőből (amely főleg nitrogénből és oxigénből áll) a leveleiken keresztül . A talaj tápanyagfelvétele kationcserével történik , melynek során a gyökérszőrök protonszivattyúkon keresztül hidrogénionokat (H + ) pumpálnak a talajba . Ezek a hidrogénionok kiszorítják a negatív töltésű talajrészecskékhez kapcsolódó kationokat , így a kationok a gyökér általi felvételhez rendelkezésre állnak. A levelekben a sztómák kinyílnak, hogy felvegyék a szén-dioxidot és kiürítsék az oxigént . Bár a nitrogén bőséges a Föld légkörében, nagyon kevés növény tudja ezt közvetlenül felhasználni. A legtöbb növénynek ezért nitrogénvegyületekre van szüksége a talajban, amelyben nő. Ezt az teszi lehetővé, hogy a nagyrészt inert légköri nitrogént a nitrogénkötés során a baktériumok biológiailag hasznosítható formává alakítják a talajban.

Mivel ezek a tápanyagok nem látják el a növényt energiával, más módon kell energiát szerezniük. A zöld növények a kloroplasztiszokkal felszívják a napfény energiáját , és fotoszintézis útján hasznosítható energiává alakítják át .

Gomba

A gombák kemoheterotrófok, amelyek külső anyagokat fogyasztanak energiaként. A legtöbb gomba a gyökérszerű micéliumon keresztül szívja fel az anyagot, amely a szervezet tápanyagforrásán keresztül nő, és korlátlan ideig terjedhet. A gomba extracelluláris enzimeket választ ki a környező anyagok lebontására, majd felszívja a tápanyagokat a sejtfalon keresztül. A gombák lehetnek paraziták, szaprofiták vagy szimbiotikusak. A parazita gombák élő gazdákhoz, például állatokhoz, növényekhez vagy más gombákhoz kötődnek és táplálkoznak. A szaprofita gombák elhalt és lebomló élőlényekkel táplálkoznak. A szimbiotikus gombák más élőlények körül szaporodnak, és tápanyagot cserélnek velük.

Protista

A protisták közé tartozik minden olyan eukarióta , amely nem állat, növény vagy gomba, ami nagy változatosságot eredményez köztük. Az algák fotoszintetikus protisták, amelyek fényből energiát tudnak előállítani. A protisták számos típusa a gombákhoz hasonló micéliumot használ. A protozoonok heterotróf protisták, és a különböző protozoonok különböző módon keresik a tápanyagokat. A zászlós protozoonok egy flagellum segítségével segítik az élelmiszer-vadászatot, és egyes protozoonok fertőző spórákon keresztül parazitaként viselkednek. Sok protista mixotróf, fototróf és heterotróf jellemzőkkel is rendelkezik. A mixotróf protisták jellemzően az egyik tápanyagforrástól függenek, míg a másikat kiegészítő forrásként vagy ideiglenes alternatívaként használják, amikor az elsődleges forrás nem elérhető.

Prokarióta

A sejtanyagcsere egyszerűsített képe

A prokarióták , beleértve a baktériumokat és az archaeákat is , nagymértékben különböznek attól, hogyan jutnak tápanyaghoz az egyes táplálkozási csoportok között. A prokarióták csak oldható vegyületeket tudnak szállítani a sejtburkukon keresztül, de képesek lebontani a körülöttük lévő kémiai összetevőket. Egyes litotróf prokarióták extremofilek , amelyek a szervetlen anyagok lebontásával képesek túlélni tápanyaghiányos környezetben. A fototróf prokarióták, mint például a cianobaktériumok és a Chloroflexia , részt vehetnek a fotoszintézisben, hogy energiát nyerjenek a napfényből. Ez gyakori a geotermikus források tetején lévő szőnyegekben kialakuló baktériumok körében. A fototróf prokarióták általában a szén-dioxid asszimilációjából nyerik a szén-dioxidot a Calvin-ciklus során .

Egyes prokarióták, mint például a Bdellovibrio és az Ensifer , ragadozók, és más egysejtű élőlényekkel táplálkoznak. A ragadozó prokarióták kemotaxissal vagy véletlenszerű ütközéssel más organizmusokat keresnek , egyesülnek a szervezettel, lebontják azt, és felszívják a felszabaduló tápanyagokat. A prokarióták ragadozó stratégiái közé tartozik a szervezet külső felületéhez való kötődés és annak külső lebontása, a szervezet citoplazmájába való bejutás, vagy a szervezet periplazmatikus terébe való belépés. A ragadozó prokarióták csoportjai lemondhatnak a kötődésről azáltal, hogy együttesen hidrolitikus enzimeket termelnek.

Lásd még

  • Liebig minimumtörvénye  – A növekedést a legszűkösebb erőforrás korlátozza
  • Tápanyagsűrűség  – egyetlen tápanyag vagy táplálkozási tényező, vagy számos tápanyag aránya az élelmiszerekben, gyakran különböző skaláris indexek szerint rendezve.
  • Táplálkozáselemzés
  • Erőforrás (biológia)  – olyan anyag vagy tárgy a környezetben, amelyre egy szervezetnek szüksége van a normális növekedéshez, fenntartáshoz és szaporodáshoz
  • Szubsztrát (biológia)  – Felület, amelyen növény vagy állat él

Hivatkozások

Bibliográfia

Külső linkek