สิ่งมีชีวิตสามารถจำแนกได้ตามวิธีการที่พวกมันได้รับคาร์บอนและพลังงาน เฮ เทอโรโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสารอาหารโดยการบริโภคคาร์บอนของสิ่งมีชีวิตอื่น ในขณะที่ออโตโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่สร้างสารอาหารของตัวเองจากคาร์บอนของสารอนินทรีย์ เช่นคาร์บอนไดออกไซด์มิกโซโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่สามารถเป็นทั้งเฮเทอโรโทรฟและออโตโทรฟได้ รวมถึงแพลงก์ตอน บางชนิด และพืชกินแมลงโฟโตโทรฟได้รับพลังงานจากแสง ในขณะที่เคโมโทรฟได้รับพลังงานโดยการบริโภค พลังงานเคมีจากสสาร ออ ร์กาโนโทรฟบริโภคสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อรับอิเล็กตรอน ในขณะที่ลิโทโทรฟได้รับอิเล็กตรอนจากสารอนินทรีย์ เช่น น้ำ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไดไฮโดรเจน เหล็ก(II) กำมะถัน หรือแอมโมเนียม[ 8 ]โปรโตโทรฟสามารถสร้างสารอาหาร^{ที่จำเป็นจาก}สารประกอบอื่น ในขณะที่ออโซโทรฟต้องบริโภคสารอาหารที่มีอยู่ก่อนแล้ว^{[ 9 ]}

ในด้านโภชนาการอาหารของสิ่งมีชีวิตคือผลรวมของอาหารที่มันกิน^{[ 10 ]}อาหารที่ดีต่อสุขภาพช่วยปรับปรุงสุขภาพกายและสุขภาพจิตของสิ่งมีชีวิต ซึ่งต้องอาศัยการรับประทานและการดูดซึมวิตามินแร่ธาตุกรดอะมิโนจำเป็นจากโปรตีน และกรดไขมันจำเป็นจากอาหารที่มีไขมันคาร์โบไฮเดรตโปรตีน และไขมันมีบทบาทสำคัญในการรับประกันคุณภาพชีวิตสุขภาพและอายุยืนของสิ่งมีชีวิต^{[ 11 ]}บางวัฒนธรรมและศาสนามีข้อจำกัดเกี่ยวกับสิ่งที่ยอมรับได้ในอาหารของพวกเขา^{[ 12 ]}

วัฏจักรสารอาหารเป็นวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสารอนินทรีย์ผ่านการรวมกันของดิน สิ่งมีชีวิต อากาศ หรือน้ำ ซึ่งมีการแลกเปลี่ยนกับสารอินทรีย์[ ^{13 ] การ}ไหลของพลังงานเป็นเส้นทางทิศทางเดียวและไม่เป็นวัฏจักร ในขณะที่การเคลื่อนที่ของแร่ธาตุเป็นวัฏจักรวัฏจักรแร่ ธาตุรวมถึง วัฏจักรคาร์บอนวัฏจักรซัลเฟอร์วัฏจักรไนโตรเจน วัฏจักร น้ำวัฏจักรฟอสฟอรัสและวัฏจักรออกซิเจนเป็นต้น ซึ่งหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องพร้อมกับแร่ธาตุอื่นๆ เข้าสู่โภชนาการทางนิเวศวิทยาที่มีประสิทธิภาพ^{[ 13 ]}

วัฏจักรทางชีวธรณีเคมีที่ดำเนินการโดยสิ่งมีชีวิตและกระบวนการทางธรรมชาติ ได้แก่วัฏจักรน้ำ คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน[ 14 ] วัฏจักรสารอาหาร^ช่วยให้^ธาตุที่จำเป็นเหล่านี้กลับคืนสู่สิ่งแวดล้อมหลังจากถูกดูดซึมหรือบริโภค[ ^{15 ] หาก}ปราศจากวัฏจักรสารอาหารที่เหมาะสม จะมีความเสี่ยงต่อการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจน สภาพภูมิอากาศ และการทำงานของระบบ^{นิเวศ}

การหาอาหารคือกระบวนการค้นหาสารอาหารในสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังอาจรวมถึงการใช้ทรัพยากรในภายหลังด้วย สิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น สัตว์และแบคทีเรีย สามารถนำทางเพื่อค้นหาสารอาหารได้ ในขณะที่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่น พืชและเชื้อรา จะขยายอาณาเขตออกไปเพื่อค้นหาสารอาหาร การหาอาหารอาจเป็นแบบสุ่ม ซึ่งสิ่งมีชีวิตจะค้นหาสารอาหารโดยไม่มีวิธีการ หรืออาจเป็นแบบเป็นระบบ ซึ่งสิ่งมีชีวิตสามารถไปที่แหล่งอาหารได้โดยตรง^{[ 16 ]}สิ่งมีชีวิตสามารถตรวจจับสารอาหารได้ผ่านทางรสชาติหรือการรับรู้สารอาหาร ในรูปแบบอื่นๆ ทำให้พวกมันสามารถควบคุมการบริโภคสารอาหารได้^{[ 17 ]}ทฤษฎีการหาอาหารที่เหมาะสมที่สุด คือแบบจำลองที่อธิบายพฤติกรรมการหาอาหารเป็นการ วิเคราะห์ต้นทุนและผลประโยชน์ ซึ่งสัตว์จะต้องเพิ่มผลประโยชน์จากสารอาหารให้สูงสุดในขณะที่ลดเวลาและพลังงานที่ใช้ในการหาอาหารให้น้อยที่สุด ทฤษฎีนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมการหาอาหารของสัตว์ แต่ก็สามารถขยายไปใช้กับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้เช่นกัน^{[ 18 ]}สิ่งมีชีวิตบางชนิดเป็นผู้เชี่ยวชาญที่ปรับตัวให้หาอาหารจากแหล่งอาหารเพียงแหล่งเดียว ในขณะที่บางชนิดเป็นผู้เชี่ยวชาญที่สามารถบริโภคอาหารได้หลากหลายแหล่ง^{[ 19 ]}

สัตว์เป็นเฮเทอโรโทรฟที่กินสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อรับสารอาหารสัตว์กินพืชคือสัตว์ที่กินพืชสัตว์กินเนื้อคือสัตว์ที่กินสัตว์อื่น และสัตว์กินทั้งพืชและสัตว์คือสัตว์ที่กินทั้งพืชและสัตว์^{[ 26 ]}สัตว์กินพืชหลายชนิดอาศัยการหมักของแบคทีเรียเพื่อสร้างสารอาหารที่ย่อยได้จากเซลลูโลสของพืชที่ไม่สามารถย่อยได้ ในขณะที่สัตว์กินเนื้อโดยสมบูรณ์ต้องกินเนื้อสัตว์เพื่อรับวิตามินหรือสารอาหารบางอย่างที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้เอง สัตว์โดยทั่วไปมีความต้องการพลังงานสูงกว่าพืช^{[ 27 ]}สารอาหารหลักที่จำเป็นต่อชีวิตของสัตว์ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรตกรดอะมิโนและกรดไขมัน^{[ 7 ] [ 28 ]}

ร่างกายต้องการสารอาหารหลักทั้งหมด ยกเว้นน้ำ เพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงาน อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่หน้าที่ทางสรีรวิทยาเพียงอย่างเดียว พลังงานที่ได้รับจากสารอาหารหลักในอาหารจะวัดเป็นกิโลแคลอรี ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าแคลอรี โดย 1 แคลอรี คือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กิโลกรัมขึ้น 1 องศาเซลเซียส^{[ 29 ]}

คาร์โบไฮเดรตเป็นโมเลกุลที่เก็บพลังงานได้ในปริมาณมาก สัตว์ย่อยและเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตเพื่อให้ได้พลังงานนี้ โดยทั่วไปพืชจะสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตในระหว่างกระบวนการเผาผลาญ และสัตว์ต้องได้รับคาร์โบไฮเดรตส่วนใหญ่จากธรรมชาติ เนื่องจากพวกมันมีความสามารถในการสร้างคาร์โบไฮเดรตได้จำกัด คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยน้ำตาล โอลิโกแซ็กคาไรด์ และพอลิแซ็กคาไรด์ กลูโคสเป็นคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุด [ 30 ^{]คาร์โบไฮเดรตจะ}ถูกย่อยสลายเพื่อผลิตกลูโคสและกรดไขมันสายสั้นและเป็นสารอาหารที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดสำหรับสัตว์บกกินพืช^{[ 31 ]}คาร์โบไฮเดรตมีพลังงาน 4 แคลอรีต่อกรัม

ลิปิดเป็นแหล่งไขมันและน้ำมันสำหรับสัตว์ ลิปิดไม่ละลายในน้ำ และสามารถเก็บสะสมพลังงานได้เป็นเวลานาน สามารถหาได้จากพืชและสัตว์หลายชนิด ลิปิดในอาหารส่วนใหญ่เป็นไตรกลีเซอไรด์ซึ่งประกอบด้วยกลีเซอรอลและกรดไขมันฟอสโฟลิปิดและสเตอรอลพบได้ในปริมาณเล็กน้อย^{[ 32 ]}ร่างกายของสัตว์จะลดปริมาณกรดไขมันที่ผลิตลงเมื่อปริมาณไขมันในอาหารเพิ่มขึ้น ในขณะที่จะเพิ่มปริมาณกรดไขมันที่ผลิตขึ้นเมื่อปริมาณคาร์โบไฮเดรตเพิ่มขึ้น^{[ 33 ]}ไขมันมีพลังงาน 9 แคลอรีต่อกรัม

โปรตีนที่สัตว์บริโภคจะถูกย่อยสลายเป็นกรดอะมิโน ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนใหม่ในภายหลัง โปรตีนถูกนำไปใช้ในการสร้างโครงสร้างเซลล์ ของเหลว^{[ 34 ]}และเอนไซม์ ( ตัวเร่งปฏิกิริยา ทางชีวภาพ ) เอนไซม์มีความสำคัญต่อ กระบวนการ เผาผลาญ ส่วนใหญ่ รวมถึงการจำลองแบบ DNAการซ่อมแซมและการถอดรหัส^{[ 35 ]}โปรตีนมีพลังงาน 4 แคลอรีต่อกรัม

พฤติกรรมของสัตว์ส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยโภชนาการรูปแบบการอพยพและการผสมพันธุ์ตามฤดูกาลเกิดขึ้นควบคู่ไปกับความพร้อมของอาหาร และการแสดงการเกี้ยวพาราสีใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงสุขภาพของสัตว์^{[ 36 ]}สัตว์พัฒนาความสัมพันธ์เชิงบวกและเชิงลบกับอาหารที่ส่งผลต่อสุขภาพของพวกมัน และพวกมันสามารถหลีกเลี่ยงอาหารที่ก่อให้เกิดอันตรายจากสารพิษหรือความไม่สมดุลทางโภชนาการได้โดยสัญชาตญาณผ่านการหลีกเลี่ยงอาหารแบบมีเงื่อนไข สัตว์บางชนิด เช่น หนู จะไม่แสวงหาอาหารประเภทใหม่เว้นแต่ว่าพวกมันจะขาดสารอาหาร^{[ 37 ]}

พืชส่วนใหญ่ได้รับสารอาหารผ่านสารอนินทรีย์ที่ดูดซับจากดินหรือบรรยากาศ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถันเป็นสารอาหารที่จำเป็นซึ่งประกอบเป็นสารอินทรีย์ในพืชและช่วยให้กระบวนการเอนไซม์เกิดขึ้นได้ สารอาหารเหล่านี้ถูกดูดซับในรูปไอออนในดิน เช่นไบคาร์บอเนตไนเตรตแอมโมเนียมและซัลเฟตหรือถูกดูดซับในรูปก๊าซ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ก๊าซออกซิเจน และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ฟอสฟอรัส โบรอน และซิลิคอนใช้สำหรับการเอสเทอริฟิเคชันพวกมันได้รับจากดินในรูปของฟอสเฟตกรดบอริกและกรดซิลิซิกตามลำดับ สารอาหารอื่นๆ ที่พืชใช้ ได้แก่ โพแทสเซียม โซเดียม แคลเซียม แมกนีเซียม แมงกานีส คลอรีน เหล็ก ทองแดง สังกะสี และโมลิบเดนัม^{[ 52 ]}

พืชดูดซับธาตุอาหารที่จำเป็นจากดินผ่านทางรากและจากอากาศ (ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนและออกซิเจน) ผ่านทางใบการดูดซับสารอาหารในดินเกิดขึ้นโดยการแลกเปลี่ยนแคตไอออนโดยที่ขนรากจะสูบไอออนไฮโดรเจน (H ⁺ ) เข้าสู่ดินผ่านทางปั๊มโปรตอนไอออนไฮโดรเจนเหล่านี้จะแทนที่แคตไอออนที่เกาะอยู่กับอนุภาคดินที่มีประจุลบ ทำให้แคตไอออนพร้อมสำหรับการดูดซับโดยราก ในใบปากใบจะเปิดเพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และขับออกซิเจน ออก มา^{[ 53 ]}แม้ว่าไนโตรเจนจะมีอยู่มากมายในชั้นบรรยากาศของโลก แต่พืชเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถใช้ไนโตรเจนนี้ได้โดยตรง ดังนั้นพืชส่วนใหญ่จึงต้องการสารประกอบไนโตรเจนในดินที่พวกมันเจริญเติบโต ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศซึ่งส่วนใหญ่ไม่ทำปฏิกิริยาจะถูกเปลี่ยนใน กระบวนการ ตรึงไนโตรเจนให้เป็นรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้ในดินโดยแบคทีเรีย^{[ 54 ]}

เนื่องจากสารอาหารเหล่านี้ไม่ได้ให้พลังงานแก่พืช พืชจึงต้องได้รับพลังงานจากแหล่งอื่นพืชสีเขียวดูดซับพลังงานจากแสงแดดด้วยคลอโรพลาสต์และเปลี่ยนเป็นพลังงานที่ใช้ได้ผ่าน กระบวนการ สังเคราะห์แสง^{[ 55 ]}

เชื้อราเป็นเคโมเฮเทอโรโทรฟที่บริโภคสารภายนอกเพื่อเป็นพลังงาน เชื้อราส่วนใหญ่ดูดซับสารผ่านไมซีเลียมที่มีลักษณะคล้ายราก ซึ่งเจริญเติบโตผ่านแหล่งสารอาหารของสิ่งมีชีวิตและสามารถขยายออกไปได้เรื่อยๆ เชื้อราจะขับเอนไซม์นอกเซลล์เพื่อย่อยสลายสารรอบข้าง จากนั้นจึงดูดซับสารอาหารผ่านผนังเซลล์ เชื้อราอาจเป็นปรสิต ย่อยสลายซาก หรืออยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกัน เชื้อราปรสิตจะเกาะติดและกินสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ เช่น สัตว์ พืช หรือเชื้อราอื่นๆ เชื้อราย่อยสลายซากจะกินสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วและกำลังเน่าเปื่อย เชื้อราที่อยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันจะเจริญเติบโตอยู่รอบๆ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ และแลกเปลี่ยนสารอาหารกับพวกมัน^{[ 56 ]}

โปรติสต์ ประกอบด้วย ยูคาริโอตทั้งหมดที่ไม่ใช่สัตว์ พืช หรือเชื้อรา ส่งผลให้มีความหลากหลายอย่างมากระหว่างพวกมันสาหร่ายเป็นโปรติสต์ที่สังเคราะห์แสงได้ซึ่งสามารถผลิตพลังงานจากแสงได้ โปรติสต์หลายชนิดใช้ไมซีเลียมคล้ายกับของเชื้อรา โปรโตซัวเป็นโปรติสต์แบบเฮเทอโรโทรฟิก และโปรโตซัวแต่ละชนิดแสวงหาสารอาหารในวิธีที่แตกต่างกัน โปรโตซัว ที่มีแฟลเจลลัมใช้แฟลเจลลัมเพื่อช่วยในการล่าอาหาร และโปรโตซัวบางชนิดเดินทางผ่านสปอร์ที่ติดเชื้อเพื่อทำหน้าที่เป็นปรสิต^{[ 57 ]}โปรติสต์หลายชนิดเป็นมิกโซโทรฟิก ซึ่งมีทั้งลักษณะโฟโตโทรฟิกและเฮเทอโรโทรฟิก โปรติสต์แบบมิกโซโทรฟิกมักจะพึ่งพาแหล่งสารอาหารหนึ่งแหล่งในขณะที่ใช้แหล่งอื่นเป็นแหล่งเสริมหรือทางเลือกชั่วคราวเมื่อแหล่งหลักไม่พร้อมใช้งาน^{[ 58 ]}

โปรคาริโอตซึ่งรวมถึงแบคทีเรียและอาร์เคียมีความแตกต่างกันอย่างมากในวิธีการรับสารอาหารในกลุ่มโภชนาการต่างๆ โปรคาริโอตสามารถขนส่งสารประกอบที่ละลายน้ำได้ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เท่านั้น แต่พวกมันสามารถย่อยสลายส่วนประกอบทางเคมีรอบๆ ตัวได้ โปรคาริโอตลิโทโทรฟิกบางชนิดเป็นเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่ขาดสารอาหารโดยการย่อยสลายสารอนินทรีย์^{[ 59 ]}โปรคาริโอตโฟโตโทรฟิก เช่นไซยาโนแบคทีเรียและคลอโรเฟล็กเซียสามารถสังเคราะห์แสงเพื่อรับพลังงานจากแสงแดด ซึ่งเป็นเรื่องปกติในหมู่แบคทีเรียที่ก่อตัวเป็นแผ่นบนยอดน้ำพุร้อน โปรคาริโอตโฟโตโทรฟิกมักจะได้รับคาร์บอนจากการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านวัฏจักรแคลวิน^{[ 60 ]}

โปรคาริโอตบางชนิด เช่นBdellovibrioและEnsiferเป็นสัตว์ผู้ล่าและกินสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอื่นเป็นอาหาร โปรคาริโอตที่เป็นสัตว์ผู้ล่าจะค้นหาสิ่งมีชีวิตอื่นโดยใช้เคมีบำบัดหรือการชนกันโดยบังเอิญ รวมตัวกับสิ่งมีชีวิตนั้น ย่อยสลาย และดูดซับสารอาหารที่ปล่อยออกมา กลยุทธ์การล่าของโปรคาริโอต ได้แก่ การเกาะติดกับพื้นผิวด้านนอกของสิ่งมีชีวิตและย่อยสลายจากภายนอก การเข้าไปในไซโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิต หรือการเข้าไปในช่องว่างเพริพลาสซึม ของสิ่งมีชีวิต กลุ่มของโปรคาริโอตที่เป็นสัตว์ผู้ล่าอาจละเว้นการเกาะติดโดยการผลิต เอนไซม์ไฮโดรไลติกโดยรวม^{[ 61 ]}