לפני כארבע מאות שנה שתל יאן ואן־הלמונט ייחור ערבה שמשקלו כשני קילוגרמים בעציץ ובו כ־91 קילוגרם אדמה מיובשת, והשקה אותו במים בלבד. כעבור חמש שנים שקל העץ כ־77 קילוגרם, ואילו משקל האדמה ירד בכ־60 גרם בלבד. מסקנתו הייתה שהעץ נבנה כולו מן המים, והיא הייתה שגויה, אבל השאלה שלו היא בדיוק השאלה של הסעיף הזה: מהיכן מגיע החומר שממנו בנוי היצור החי.

כל יצור חי בנוי מתרכובות אורגניות, וכולן שלד של אטומי פחמן. השאלה המבחינה בין קבוצות היצורים אינה מאילו אטומים הם בנויים, אלא מאיזה מקור הם משיגים את הפחמן הזה. אוֹטוֹטְרוֹף (autotroph) הוא יצור הבונה את התרכובות האורגניות שלו ממקור פחמן אנאורגני, כלומר מפחמן דו־חמצני. התהליך שבו אטום פחמן עובר מ־CO₂ אל שלד אורגני נקרא קִבּוּעַ פַּחְמָן (carbon fixation), והוא צורך אנרגיה, מפני שהתרכובת האורגנית הנוצרת עשירה באנרגיה כימית הרבה יותר מן המגיבים. לכן כל אוטוטרוף חייב מקור אנרגיה חיצוני.

לפי מקור האנרגיה נחלקים האוטוטרופים לשניים. פוֹטוֹאוֹטוֹטְרוֹפִים (photoautotrophs) קולטים אנרגיית אור, כמו הצמחים, האצות והציאנובקטריות. הם מקבעים כ־105 מיליארד טונות פחמן בשנה בכל כדור הארץ. כִימוֹאוֹטוֹטְרוֹפִים (chemoautotrophs) מפיקים אנרגיה מחמצון של תרכובות אנאורגניות ואינם זקוקים לאור כלל: חיידקי הסוג Nitrosomonas מחמצנים אמוניה לניטריט, וחיידקי הסוג Nitrobacter מחמצנים ניטריט לניטרט, ובאנרגיה המשתחררת הם מקבעים פחמן דו־חמצני.

הֶטֶרוֹטְרוֹף (heterotroph) אינו מסוגל לקבע פחמן דו־חמצני, ולכן מקור הפחמן שלו הוא תרכובות אורגניות שנבנו ביצור אחר. בקבוצה זו נמצאים בעלי החיים, הפטריות, רוב החיידקים, וגם צמחים טפילים חסרי כלורופיל. שימו לב שהמזון ההטרוטרופי ממלא שני תפקידים נפרדים בבת אחת: הוא מספק שלד פחמני לחומרי בניין, והוא מספק אנרגיה כימית לתהליכים צורכי אנרגיה. שרשרת הזרימה במערכת אקולוגית יבשתית היא אור השמש ← תרכובות אורגניות בצמח ← אוכל העשב ← הטורף.

נקודה שנוטים לפספס: אוטוטרופיות אינה "רק בנייה". צמח מבצע נשימה תאית ומפרק בה גלוקוז ביום ובלילה כאחד, בדיוק כמו בעל חיים; ההבדל הוא שהוא גם מייצר את הגלוקוז הזה בעצמו, ובשעות אור הוא מייצר יותר משהוא מפרק. לכן ההבחנה אוטוטרוף מול הטרוטרוף עוסקת במקור החומרים והאנרגיה, לא בשאלה אילו תהליכים מטבוליים מתרחשים ביצור.

מה תפקיד המיטוכונדריון בתא?