Autotrof - Autotroph

Przegląd cyklu między autotrofami a heterotrofami . Fotosynteza jest głównym sposobem, za pomocą którego rośliny, glony i wiele bakterii wytwarzają związki organiczne i tlen z dwutlenku węgla i wody ( zielona strzałka ).

Autotrofizm lub producent podstawowym jest organizmem, który wytwarza złożone związki organiczne (takie jak węglowodany , tłuszcze i białka ), za pomocą dwutlenku węgla , od prostych substancji, takich jak dwutlenek węgla , na ogół przy użyciu energii z lekkiego ( fotosyntezy ) lub nieorganiczne reakcje chemiczne ( chemosynteza ). Zamieniają abiotyczne źródło energii (np. światło) na energię zmagazynowaną w związkach organicznych , którą mogą wykorzystać inne organizmy (np. heterotrofy ). Autotrofy nie potrzebują żywego źródła węgla ani energii i są producentami w łańcuchu pokarmowym , takim jak rośliny na lądzie lub glony w wodzie (w przeciwieństwie do heterotrofów będących konsumentami autotrofów lub innych heterotrofów). Autotrofy mogą redukować dwutlenek węgla, tworząc związki organiczne do biosyntezy i jako magazynowane paliwo chemiczne. Większość autotrofów używa wody jako środka redukującego , ale niektórzy mogą używać innych związków wodoru, takich jak siarkowodór .

Pierwotni producenci mogą przetwarzać energię światła ( fototrof i fotoautotrof ) lub energię nieorganicznych związków chemicznych ( chemotrofy lub chemolitotrofy ) na budowę cząsteczek organicznych , które zwykle gromadzone są w postaci biomasy i będą wykorzystywane jako źródło węgla i energii przez inne organizmy (np. heterotrofy i miksotrofy ). Fotoautotrofy są głównymi producentami, przekształcając energię światła w energię chemiczną poprzez fotosyntezę , ostatecznie budując cząsteczki organiczne z dwutlenku węgla , nieorganicznego źródła węgla . Przykładami chemolitotrofów są niektóre archeony i bakterie (organizmy jednokomórkowe), które produkują biomasę z utleniania nieorganicznych związków chemicznych, organizmy te nazywane są chemoautotrofami i często znajdują się w kominach hydrotermalnych w głębinach oceanicznych. Pierwotni producenci znajdują się na najniższym poziomie troficznym i to są powody, dla których Ziemia do dziś podtrzymuje życie.

Większość chemoautotrofów to litotrofy , wykorzystujące nieorganiczne donory elektronów, takie jak siarkowodór, gazowy wodór , siarka elementarna , tlenek amonu i żelaza jako czynniki redukujące i źródła wodoru do biosyntezy i uwalniania energii chemicznej. Autotrofy wykorzystują część ATP wytworzonego podczas fotosyntezy lub utleniania związków chemicznych, aby zredukować NADP + do NADPH, tworząc związki organiczne.

Historia

Termin autotrof został wymyślony przez niemieckiego botanika Alberta Bernharda Franka w 1892 roku. Pochodzi od starożytnego greckiego słowa τροφή ( trophḗ ), oznaczającego „pożywienie” lub „jedzenie”. Pierwszy organizm autotroficzny rozwinął się około 2 miliardy lat temu. Fotoautotrofy wyewoluowały z bakterii heterotroficznych poprzez rozwój fotosyntezy . Najwcześniejsze bakterie fotosyntetyczne wykorzystywały siarkowodór . Z powodu niedoboru siarkowodoru niektóre bakterie fotosyntetyczne wyewoluowały do ​​wykorzystywania wody w fotosyntezie, prowadząc do sinic .

Warianty

Niektóre organizmy polegają na związkach organicznych jako źródle węgla , ale są w stanie wykorzystać światło lub związki nieorganiczne jako źródło energii. Takie organizmy to miksotrofy . Organizm, który pozyskuje węgiel ze związków organicznych, ale energię ze światła, nazywamy fotoheterotrofem , natomiast organizm, który pozyskuje węgiel ze związków organicznych i energię z utleniania związków nieorganicznych, nazywamy chemolitoheterotrofem .

Dowody sugerują, że niektóre grzyby mogą również pozyskiwać energię z promieniowania jonizującego : takie radiotroficzne grzyby znaleziono rosnące wewnątrz reaktora elektrowni jądrowej w Czarnobylu .

Schemat blokowy określający, czy gatunek jest autotrofem, heterotrofem czy podtypem

Przykłady

W ekosystemie Ziemi w różnych stanach istnieje wiele różnych typów pierwotnych producentów. Grzyby i inne organizmy, które pozyskują biomasę z utleniających się materiałów organicznych, nazywane są rozkładnikami i nie są pierwotnymi producentami. Jednak porosty zlokalizowane w klimacie tundry są wyjątkowym przykładem pierwotnego producenta, który w symbiozie mutualistycznej łączy fotosyntezę przez glony (lub dodatkowo wiązanie azotu przez cyjanobakterie) z ochroną grzyba rozkładającego . Również roślinopodobni producenci pierwotni (drzewa, glony) wykorzystują słońce jako formę energii i umieszczają je w powietrzu dla innych organizmów. Są oczywiście pierwotni producenci H2O, w tym forma bakterii i fitoplankton . Ponieważ istnieje wiele przykładów producentów pierwotnych, dwa dominujące typy to koralowce i jeden z wielu rodzajów alg brunatnych, wodorosty.

Fotosynteza

Produkcja pierwotna brutto odbywa się na drodze fotosyntezy. Jest to również główny sposób, w jaki producenci pierwotni pobierają energię i produkują/uwalniają ją gdzie indziej. Robią to rośliny, koralowce, bakterie i glony. Podczas fotosyntezy producenci pierwotni pobierają energię ze słońca i produkują ją w energię, cukier i tlen. Producenci pierwotni również potrzebują energii, aby przetworzyć tę samą energię gdzie indziej, więc pozyskują ją z substancji odżywczych. Jednym z rodzajów składników odżywczych jest azot.

Ekologia

Zielone liście miłorzębu , fotoautotrof

Bez pierwotnych producentów, organizmów zdolnych do samodzielnego wytwarzania energii, Ziemia nie byłaby w stanie się utrzymać. Rośliny, wraz z innymi pierwotnymi producentami, produkują energię, którą istoty konsumują i tlen, którym oddychają. Uważa się, że pierwsze organizmy na Ziemi były głównymi producentami zlokalizowanymi na dnie oceanu.

Autotrofy mają fundamentalne znaczenie dla łańcuchów pokarmowych wszystkich ekosystemów na świecie. Pobierają energię ze środowiska w postaci światła słonecznego lub nieorganicznych substancji chemicznych i wykorzystują ją do tworzenia cząsteczek paliwa, takich jak węglowodany. Ten mechanizm nazywa się produkcją pierwotną . Inne organizmy, zwane heterotrofami , przyjmują autotrofy jako pokarm do wykonywania funkcji niezbędnych do ich życia. Tak więc heterotrofy – wszystkie zwierzęta , prawie wszystkie grzyby , a także większość bakterii i pierwotniaków – zależą od autotrofów, czyli producentów pierwotnych , jeśli chodzi o surowce i paliwo, których potrzebują. Heterotrofy pozyskują energię, rozkładając węglowodany lub utleniając cząsteczki organiczne (węglowodany, tłuszcze i białka) pozyskiwane z żywności. Organizmy mięsożerne pośrednio polegają na autotrofach, ponieważ składniki odżywcze pozyskiwane z ich heterotroficznej zdobyczy pochodzą ze zjedzonych przez nie autotrofów.

Większość ekosystemy są obsługiwane przez autotroficznej podstawowej produkcji z roślin i sinic , które oddają fotony początkowo wydany przez słońce . Rośliny mogą wykorzystać do fotosyntezy tylko ułamek (około 1%) tej energii . Proces fotosyntezy powoduje rozszczepienie cząsteczki wody ( ), uwalnianie tlenu ( ) do atmosfery i redukcję dwutlenku węgla ( ) w celu uwolnienia atomów wodoru, które napędzają proces metaboliczny pierwotnej produkcji . Podczas fotosyntezy rośliny przekształcają i przechowują energię fotonu w wiązania chemiczne cukrów prostych . Te cukry roślinne są polimeryzowane do przechowywania jako długołańcuchowe węglowodany , w tym inne cukry, skrobia i celuloza; glukoza jest również wykorzystywana do produkcji tłuszczów i białek . Kiedy autotrofy są zjadane przez heterotrofy , tj. konsumenci, tacy jak zwierzęta, zawarte w nich węglowodany , tłuszcze i białka stają się dla heterotrofów źródłem energii . Białka można wytwarzać z azotanów , siarczanów i fosforanów zawartych w glebie.

Produkcja pierwotna w tropikalnych strumieniach i rzekach

Wodne algi są znaczącym wkładem w sieci troficzne w tropikalnych rzekach i strumieniach. Świadczy o tym produkcja pierwotna netto, podstawowy proces ekologiczny, który odzwierciedla ilość węgla syntetyzowanego w ekosystemie. Ten węgiel ostatecznie staje się dostępny dla konsumentów. Produkcja pierwotna netto pokazuje, że wskaźniki produkcji pierwotnej w strumieniu w regionach tropikalnych są co najmniej o rząd wielkości większe niż w podobnych systemach umiarkowanych.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki