Ernæring -Nutrition

se billedtekst
En Amblypodia anita (lilla blad blå sommerfugl) samler næringsstoffer fra guano

Ernæring er den biokemiske og fysiologiske proces, hvorved en organisme bruger mad til at understøtte sit liv . Det giver organismer næringsstoffer , som kan metaboliseres for at skabe energi og kemiske strukturer. Manglende tilførsel af tilstrækkelige næringsstoffer forårsager underernæring . Ernæringsvidenskab er studiet af ernæring, selvom det typisk lægger vægt på menneskelig ernæring .

Typen af ​​organisme bestemmer, hvilke næringsstoffer den har brug for, og hvordan den får dem. Organismer opnår næringsstoffer ved at indtage organisk materiale , indtage uorganisk materiale, absorbere lys eller en kombination af disse. Nogle kan producere næringsstoffer internt ved at indtage basale elementer, mens nogle skal indtage andre organismer for at opnå allerede eksisterende næringsstoffer. Alle former for liv kræver kulstof , energi og vand samt forskellige andre molekyler. Dyr kræver komplekse næringsstoffer, såsom kulhydrater , lipider og proteiner , og får dem ved at indtage andre organismer. Mennesker har udviklet landbrug og madlavning for at erstatte fouragering og fremme menneskelig ernæring. Planter tilegner sig næringsstoffer gennem jorden og atmosfæren. Svampe optager næringsstoffer omkring sig ved at nedbryde dem og optage dem gennem myceliet .

Undersøgelse

Videnskabelig analyse af fødevarer og næringsstoffer begyndte under den kemiske revolution i slutningen af ​​det 18. århundrede. Kemikere i det 18. og 19. århundrede eksperimenterede med forskellige grundstoffer og fødekilder for at udvikle teorier om ernæring. Moderne ernæringsvidenskab begyndte i 1910'erne, da individuelle mikronæringsstoffer begyndte at blive identificeret. Det første vitamin, der blev kemisk identificeret, var thiamin i 1926, og vitaminernes rolle i ernæringen blev undersøgt i de følgende årtier. De første anbefalede kosttilskud til mennesker blev udviklet under Den Store Depression og Anden Verdenskrig . På grund af dets betydning for menneskers sundhed har studiet af ernæring i høj grad lagt vægt på menneskelig ernæring og landbrug, mens økologi er en sekundær bekymring.

Næringsstoffer

Kompostering inden for landbrugssystemer udnytter de naturlige ydelser ved genanvendelse af næringsstoffer i økosystemer. Bakterier , svampe , insekter , regnorme , insekter og andre skabninger graver og fordøjer komposten til frugtbar jord. Mineralerne og næringsstofferne i jorden genbruges tilbage til produktionen af ​​afgrøder.

Næringsstoffer er stoffer, der giver energi og fysiske komponenter til organismen, så den kan overleve, vokse og formere sig. Næringsstoffer kan være grundstoffer eller komplekse makromolekyler . Cirka 30 grundstoffer findes i organisk stof , hvor nitrogen , kulstof og fosfor er de vigtigste. Makronæringsstoffer er de primære stoffer, der kræves af en organisme, og mikronæringsstoffer er stoffer, der kræves af en organisme i spormængder. Organiske mikronæringsstoffer er klassificeret som vitaminer , og uorganiske mikronæringsstoffer er klassificeret som mineraler .

Næringsstoffer optages af cellerne og bruges i metaboliske biokemiske reaktioner. Disse omfatter brændstofreaktioner, der skaber precursormetabolitter og energi, biosyntetiske reaktioner, der omdanner precursormetabolitter til byggestensmolekyler, polymerisationer , der kombinerer disse molekyler til makromolekylepolymerer , og samlingsreaktioner, der bruger disse polymerer til at konstruere cellulære strukturer.

Ernæringsgrupper

Organismer kan klassificeres efter, hvordan de får kulstof og energi. Heterotrofer er organismer, der opnår næringsstoffer ved at forbruge kulstof fra andre organismer, mens autotrofer er organismer, der producerer deres egne næringsstoffer fra kulstof fra uorganiske stoffer som kuldioxid . Mixotrofer er organismer, der kan være heterotrofer og autotrofer, herunder nogle plankton og kødædende planter . Fototrofer får energi fra lys, mens kemotrofer får energi ved at forbruge kemisk energi fra stof. Organotrofer forbruger andre organismer for at opnå elektroner, mens litotrofer får elektroner fra uorganiske stoffer, såsom vand , hydrogensulfid , dihydrogen , jern(II) , svovl eller ammonium . Prototrofer kan skabe essentielle næringsstoffer fra andre forbindelser, mens auxotrofer skal indtage allerede eksisterende næringsstoffer.

Kost

I ernæring er en organismes kost summen af ​​fødevarer, den spiser.

Næringsstof cyklus

Et næringsstofkredsløb er et biogeokemisk kredsløb, der involverer bevægelse af uorganisk stof gennem en kombination af jord, organismer, luft eller vand, hvor de udveksles i organisk stof. Energiflow er en ensrettet og ikke-cyklisk vej, hvorimod bevægelsen af ​​mineralske næringsstoffer er cyklisk. Mineralkredsløb omfatter kulstofkredsløbet , svovlkredsløbet , nitrogenkredsløbet , vandkredsløbet , fosforkredsløbet , iltkredsløbet , blandt andre, der løbende genbruges sammen med andre mineralske næringsstoffer til produktiv økologisk ernæring.

Biogeokemiske kredsløb , der udføres af levende organismer og naturlige processer, er vand- , kulstof- , nitrogen- , fosfor- og svovlkredsløb .

Fodersøgning

En bonobo , der fisker efter termitter med en forberedt pind

Fodersøgning er processen med at opsøge næringsstoffer i miljøet. Det kan også defineres til at omfatte den efterfølgende brug af ressourcerne. Nogle organismer, såsom dyr og bakterier, kan navigere for at finde næringsstoffer, mens andre, såsom planter og svampe, strækker sig udad for at finde næringsstoffer. Fodersøgning kan være tilfældig, hvor organismen søger næringsstoffer uden metode, eller det kan være systematisk, hvor organismen kan gå direkte til en fødekilde. Organismer er i stand til at detektere næringsstoffer gennem smag eller andre former for næringsstofføling , hvilket giver dem mulighed for at regulere næringsindtagelsen. Optimal fourageringsteori er en model, der forklarer fourageringsadfærd som en cost-benefit-analyse, hvor et dyr skal maksimere gevinsten af ​​næringsstoffer og samtidig minimere mængden af ​​tid og energi brugt på fouragering. Det blev skabt for at analysere dyrenes fødesøgningsvaner, men det kan også udvides til andre organismer. Nogle organismer er specialister, der er tilpasset til at fouragere efter en enkelt fødekilde, mens andre er generalister, der kan indtage en række forskellige fødekilder.

Næringsstofmangel

Næringsstofmangel, kendt som underernæring , opstår, når en organisme ikke har de næringsstoffer, den har brug for. Dette kan være forårsaget af optagelse af utilstrækkelige næringsstoffer eller ved pludselig at miste næringsstoffer. Når dette sker, vil en organisme tilpasse sig ved at reducere energiforbruget og -forbruget for at forlænge brugen af ​​lagrede næringsstoffer. Det vil bruge lagrede energireserver, indtil de er opbrugt, og det vil derefter nedbryde sin egen kropsmasse for yderligere energi.

I organismer

Dyr

se billedtekst
En isfugl spiser en haletudse nær Ariège-floden , Frankrig

Dyr er heterotrofer, der forbruger andre organismer for at opnå næringsstoffer. Planteædere er dyr, der spiser planter, kødædere er dyr, der spiser andre dyr, og altædende er dyr, der spiser både planter og andre dyr. Mange planteædere er afhængige af bakteriel gæring for at skabe fordøjelige næringsstoffer fra ufordøjelig plantecellulose, mens obligatoriske kødædere skal spise animalsk kød for at opnå visse vitaminer eller næringsstoffer, som deres kroppe ellers ikke kan syntetisere. Dyr har generelt et højere energibehov sammenlignet med planter. De makronæringsstoffer, der er afgørende for dyrelivet, er kulhydrater, aminosyrer og fedtsyrer .

Alle makronæringsstoffer undtagen vand kræves af kroppen til energi, men dette er ikke deres eneste fysiologiske funktion. Den energi, der leveres af makronæringsstoffer i mad, måles i kilokalorier, normalt kaldet kalorier, hvor 1 kalorie er den mængde energi, der kræves for at hæve 1 kilo vand med 1 grad celsius.

Kulhydrater er molekyler, der lagrer betydelige mængder energi. Dyr fordøjer og metaboliserer kulhydrater for at opnå denne energi. Kulhydrater syntetiseres typisk af planter under stofskiftet, og dyr skal hente de fleste kulhydrater fra naturen, da de kun har en begrænset evne til at generere dem. De omfatter sukkerarter , oligosaccharider og polysaccharider . Glukose er den enkleste form for kulhydrat. Kulhydrater nedbrydes for at producere glukose og kortkædede fedtsyrer , og de er de mest rigelige næringsstoffer for planteædende landdyr.

Lipider forsyner dyr med fedtstoffer og olier. De er ikke opløselige i vand, og de kan lagre energi i en længere periode. De kan fås fra mange forskellige plante- og dyrekilder. De fleste diætlipider er triglycerider , sammensat af glycerol og fedtsyrer. Fosfolipider og steroler findes i mindre mængder. Et dyrs krop vil reducere mængden af ​​fedtsyrer, det producerer, når fedtindtaget i kosten stiger, mens det øger mængden af ​​fedtsyrer, det producerer, når kulhydratindtaget stiger.

Protein indtaget af dyr nedbrydes til aminosyrer, som senere vil blive brugt til at syntetisere nye proteiner. Protein bruges til at danne cellulære strukturer, væsker og enzymer (biologiske katalysatorer ). Enzymer er essentielle for de fleste metaboliske processer, såvel som DNA-replikation , reparation og transkription .

Meget af dyrs adfærd er styret af ernæring. Migrationsmønstre og sæsonbestemt avl finder sted i forbindelse med fødevaretilgængeligheden, og frieri bruges til at vise et dyrs sundhed. Dyr udvikler positive og negative associationer til fødevarer, der påvirker deres helbred, og de kan instinktivt undgå fødevarer, der har forårsaget toksiske skader eller ernæringsmæssige ubalancer gennem en betinget fødevareaversion . Nogle dyr, såsom rotter, opsøger ikke nye typer fødevarer, medmindre de har en næringsstofmangel.

Human

Brød , skinke , frugtkonserves og ost tilberedt til konsum

Tidlig menneskelig ernæring bestod af fouragering efter næringsstoffer svarende til andre dyrs, men den divergerede i begyndelsen af ​​holocæn med den neolitiske revolution , hvor mennesker udviklede landbrug til at producere mad. Den kemiske revolution i det 18. århundrede tillod mennesker at studere næringsstofferne i fødevarer og udvikle mere avancerede metoder til madlavning . Store fremskridt inden for økonomi og teknologi i det 20. århundrede gjorde det muligt for masseproduktion og fødevareberigelse bedre at imødekomme menneskers ernæringsbehov. Menneskelig adfærd er tæt forbundet med menneskelig ernæring, hvilket gør det til et samfundsvidenskabeligt emne ud over biologi. Ernæring hos mennesker er afbalanceret med at spise for fornøjelsens skyld, og optimal kost kan variere afhængigt af den demografiske og sundhedsmæssige bekymringer for hver person.

Mennesker er altædende, der spiser en række forskellige fødevarer. Dyrkning af korn og produktion af brød har udgjort en nøglekomponent i menneskelig ernæring siden begyndelsen af ​​landbruget. Tidlige mennesker jagede dyr for kød, og moderne mennesker tæmme dyr for at spise deres kød og æg. Udviklingen af ​​dyrehold har også gjort det muligt for mennesker i nogle kulturer at indtage mælken fra andre dyr og producere den til fødevarer såsom ost . Andre fødevarer spist af mennesker omfatter nødder, frø, frugter og grøntsager. Adgang til husdyr samt vegetabilske olier har forårsaget en betydelig stigning i menneskers indtag af fedtstoffer og olier. Mennesker har udviklet avancerede metoder til fødevareforarbejdning , der forhindrer kontaminering af patogene mikroorganismer og forenkler produktionen af ​​fødevarer. Disse omfatter tørring, frysning, opvarmning, fræsning, presning, emballering, køling og bestråling. De fleste kulturer tilføjer urter og krydderier til fødevarer, før de spiser, for at tilføje smag, selvom de fleste ikke påvirker ernæringen væsentligt. Andre tilsætningsstoffer bruges også til at forbedre sikkerheden, kvaliteten, smagen og næringsindholdet i fødevarer.

Mennesker får de fleste kulhydrater som stivelse fra korn, selvom sukker er vokset i betydning. Lipider kan findes i animalsk fedt , smørfedt , vegetabilsk olie og bladgrøntsager , og de bruges også til at øge smagen i fødevarer. Protein kan findes i stort set alle fødevarer, da det udgør cellulært materiale, selvom visse metoder til fødevareforarbejdning kan reducere mængden af ​​protein i en fødevare. Mennesker kan også få energi fra ethanol , som både er en fødevare og et lægemiddel, men det giver relativt få essentielle næringsstoffer og er forbundet med ernæringsmæssige mangler og andre sundhedsrisici.

Hos mennesker kan dårlig ernæring forårsage mangel-relaterede sygdomme såsom blindhed , anæmi , skørbug , for tidlig fødsel , dødfødsel og kretinisme , eller overskydende ernæringsmæssige helbredstruende tilstande såsom fedme og metabolisk syndrom ; og sådanne almindelige kroniske systemiske sygdomme som hjerte-kar-sygdomme , diabetes og osteoporose . Underernæring kan føre til svind i akutte tilfælde og hæmning af marasmus i kroniske tilfælde af underernæring.

Tamdyr

Hos husdyr , såsom kæledyr , husdyr og arbejdsdyr , såvel som andre dyr i fangenskab , styres ernæring af mennesker gennem dyrefoder . Foder og foder leveres til husdyr. Specialiseret foder til kæledyr er blevet fremstillet siden 1860, og efterfølgende forskning og udvikling har adresseret kæledyrs ernæringsmæssige behov. Især hundefoder og kattefoder er meget undersøgt og omfatter typisk alle essentielle næringsstoffer til disse dyr. Katte er følsomme over for nogle almindelige næringsstoffer, såsom taurin , og kræver yderligere næringsstoffer fra kød. Hvalpe af store racer er modtagelige for overernæring, da hundefoder til små racer er mere energitæt, end de kan optage.

Plante

Skematisk fotosyntese i planter. De producerede kulhydrater lagres i eller bruges af planten.

De fleste planter får næringsstoffer gennem uorganiske stoffer, der optages fra jorden eller atmosfæren. Kulstof, brint, oxygen, nitrogen og svovl er essentielle næringsstoffer, der udgør organisk materiale i en plante og muliggør enzymatiske processer. Disse er absorberede ioner i jorden, såsom bikarbonat , nitrat , ammonium og sulfat , eller de absorberes som gasser, såsom kuldioxid, vand, oxygengas og svovldioxid . Fosfor, bor og silicium bruges til esterificering . De opnås gennem jorden som henholdsvis fosfater , borsyre og kiselsyre . Andre næringsstoffer, der bruges af planter, er kalium, natrium, calcium, magnesium, mangan, klor, jern, kobber, zink og molybdæn.

Planter optager essentielle elementer fra jorden gennem deres rødder og fra luften (bestående hovedsageligt af nitrogen og ilt) gennem deres blade . Næringsoptagelse i jorden opnås ved kationbytning , hvor rodhår pumper hydrogenioner (H + ) ind i jorden gennem protonpumper . Disse brintioner fortrænger kationer bundet til negativt ladede jordpartikler, så kationerne er tilgængelige for optagelse af roden. I bladene åbner stomata sig for at optage kuldioxid og udstøde ilt . Selvom der er rigeligt med kvælstof i jordens atmosfære, er det meget få planter, der kan bruge dette direkte. De fleste planter kræver derfor, at nitrogenforbindelser er til stede i jorden, hvor de vokser. Dette muliggøres af, at stort set inert atmosfærisk kvælstof i en nitrogenfikseringsproces ændres til biologisk anvendelige former i jorden af ​​bakterier.

Da disse næringsstoffer ikke forsyner planten med energi, skal de hente energi på anden vis. Grønne planter absorberer energi fra sollys med kloroplaster og omdanner det til brugbar energi gennem fotosyntese .

Svamp

Svampe er kemoheterotrofer, der forbruger eksternt stof til energi. De fleste svampe optager stof gennem det rodlignende mycelium, som vokser gennem organismens kilde til næringsstoffer og kan strække sig i det uendelige. Svampen udskiller ekstracellulære enzymer for at nedbryde omgivende stof og absorberer derefter næringsstofferne gennem cellevæggen. Svampe kan være parasitære, saprofytiske eller symbiotiske. Snyltsvampe fæstner og lever af levende værter, såsom dyr, planter eller andre svampe. Saprofytiske svampe lever af døde og nedbrydende organismer. Symbiotiske svampe vokser omkring andre organismer og udveksler næringsstoffer med dem.

Protist

Protister omfatter alle eukaryoter , der ikke er dyr, planter eller svampe, hvilket resulterer i stor diversitet mellem dem. Alger er fotosyntetiske protister, der kan producere energi fra lys. Flere typer protister bruger mycelium svarende til svampe. Protozoer er heterotrofe protister, og forskellige protozoer søger næringsstoffer på forskellige måder. Flagellate protozoer bruger en flagel til at hjælpe med at jage efter mad, og nogle protozoer rejser via infektiøse sporer for at fungere som parasitter. Mange protister er mixotrofe og har både fototrofe og heterotrofe egenskaber. Mixotrofiske protister vil typisk afhænge af en kilde til næringsstoffer, mens de bruger den anden som en supplerende kilde eller et midlertidigt alternativ, når dens primære kilde ikke er tilgængelig.

Prokaryot

Forenklet syn på cellulær metabolisme

Prokaryoter , herunder bakterier og archaea , varierer meget i, hvordan de opnår næringsstoffer på tværs af ernæringsgrupper. Prokaryoter kan kun transportere opløselige forbindelser på tværs af deres cellehylster, men de kan nedbryde kemiske komponenter omkring dem. Nogle litotrofiske prokaryoter er ekstremofiler , der kan overleve i miljøer med mangel på næringsstoffer ved at nedbryde uorganisk materiale. Fototrofiske prokaryoter, såsom cyanobakterier og Chloroflexia , kan engagere sig i fotosyntese for at opnå energi fra sollys. Dette er almindeligt blandt bakterier, der dannes i måtter oven på geotermiske kilder. Fototrofiske prokaryoter opnår typisk kulstof ved at assimilere kuldioxid gennem Calvin-cyklussen .

Nogle prokaryoter, såsom Bdellovibrio og Ensifer , er rovdyr og lever af andre encellede organismer. Predatoriske prokaryoter opsøger andre organismer gennem kemotaksi eller tilfældig kollision, smelter sammen med organismen, nedbryder den og absorberer de frigivne næringsstoffer. Predatoriske strategier for prokaryoter indbefatter vedhæftning til den ydre overflade af organismen og nedbrydning af den eksternt, ind i organismens cytoplasma eller ved at gå ind i organismens periplasmatiske rum . Grupper af predatoriske prokaryoter kan give afkald på vedhæftning ved kollektivt at producere hydrolytiske enzymer.

Se også

  • Liebigs lov om minimum  – Vækst er begrænset af den knappeste ressource
  • Næringstæthed  - andelen af ​​en række af et enkelt næringsstof eller ernæringsfaktor eller af adskillige næringsstoffer i fødevarer, ofte sorteret efter forskellige skalarindekser
  • Ernæringsanalyse
  • Ressource (biologi)  - stof eller genstand i miljøet, der kræves af en organisme til normal vækst, vedligeholdelse og reproduktion
  • Substrat (biologi)  – Overflade, hvorpå en plante eller et dyr lever

Referencer

Bibliografi

eksterne links