Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено от основных производителей )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Смотрите также: Первичное производство
Обзор цикла между автотрофами и гетеротрофами . Фотосинтез - это основной способ, с помощью которого растения, водоросли и многие бактерии производят органические соединения и кислород из углекислого газа и воды ( зеленая стрелка ).

Автотрофного или первичным производителем является организмом , который производит сложные органические соединения (например, углеводов , жиров и белков ) , используя углерод из простых веществ , таких как диоксид углерода , [1] , как правило , используя энергию света ( фотосинтез ) или неорганические химические реакции ( хемосинтеза ). [2] Они преобразуют абиотический источник энергии (например, свет) в энергию, хранящуюся в органических соединениях , которые могут использоваться другими организмами (например, гетеротрофами).). Автотрофам не нужен живой источник углерода или энергии, и они являются производителями в пищевой цепи , например, растения на суше или водоросли в воде (в отличие от гетеротрофов как потребителей автотрофов или других гетеротрофов). Автотрофы могут восстанавливать углекислый газ с образованием органических соединений для биосинтеза и хранения химического топлива. Большинство автотрофов используют воду в качестве восстановителя , но некоторые могут использовать другие водородные соединения, такие как сероводород .

Первичные продуценты могут преобразовывать энергию света ( фототроф и фотоавтотроф ) или энергию неорганических химических соединений ( хемотрофы или хемолитотрофы ) для создания органических молекул , которые обычно накапливаются в форме биомассы и будут использоваться в качестве источника углерода и энергии. другими организмами (например, гетеротрофами и миксотрофами ). Фотоавтотрофы являются основными первичными продуцентами, преобразующими энергию света в химическую энергию посредством фотосинтеза , в конечном итоге создавая органические молекулы из углекислого газа , неорганического вещества. источник углерода . [3] Примерами хемолитотрофов являются некоторые археи и бактерии (одноклеточные организмы), которые производят биомассу в результате окисления неорганических химических соединений. Эти организмы называются хемоавтотрофами и часто встречаются в гидротермальных жерлах в глубинах океана. Первичные продуценты находятся на самом низком трофическом уровне и являются причиной того, что Земля по сей день является устойчивой для жизни. [4]

Большинство хемоавтотрофов - литотрофы , использующие неорганические доноры электронов, такие как сероводород, газообразный водород , элементарная сера , аммоний и закись железа, в качестве восстановителей и источников водорода для биосинтеза и выделения химической энергии. Автотрофы используют часть АТФ, образующуюся во время фотосинтеза или окисления химических соединений, для восстановления НАДФ + до НАДФН с образованием органических соединений. [5]

История [ править ]

Термин автотроф был введен немецким ботаником Альбертом Бернхардом Франком в 1892 году. [6] [ необходим непервичный источник ] Он происходит от древнегреческого слова τροφή ( trophḗ ), означающего «питание» или «пища». Первый автотрофный организм появился около 2 миллиардов лет назад. [7] Фотоавтотрофы произошли от гетеротрофных бактерий в результате развития фотосинтеза . Первые фотосинтезирующие бактерии использовали сероводород . Из-за нехватки сероводорода некоторые фотосинтезирующие бактерии эволюционировали, чтобы использовать воду в фотосинтезе, что привело к появлению цианобактерий.. [8]

Варианты [ править ]

Некоторые организмы полагаются на органические соединения как на источник углерода , но могут использовать легкие или неорганические соединения в качестве источника энергии. Такие организмы - миксотрофы . Организм, который получает углерод из органических соединений, но получает энергию от света, называется фотогетеротрофом , а организм, который получает углерод из органических соединений и энергию от окисления неорганических соединений, называется хемолитогетеротрофом .

Данные свидетельствуют о том, что некоторые грибы могут также получать энергию от ионизирующего излучения : такие радиотрофные грибы были обнаружены внутри реактора Чернобыльской атомной электростанции . [9]

Блок-схема для определения того, является ли вид автотрофом, гетеротрофом или подтипом

Примеры [ править ]

В экосистеме Земли существует множество различных типов первичных продуцентов в разных состояниях. Грибы и другие организмы, которые получают свою биомассу из окисляющих органических материалов, называются деструкторами и не являются первичными продуцентами. Однако лишайники, расположенные в тундровом климате, являются исключительным примером первичного продуцента, который посредством мутуалистического симбиоза сочетает фотосинтез водорослями (или дополнительно фиксацию азота цианобактериями) с защитой гриба- разлагателя . Кроме того, первичные продуценты, похожие на растения (деревья, водоросли), используют солнце как форму энергии и направляют его в воздух для других организмов. [3] Конечно, существуют первичные продуценты H2O, в том числе бактерии, ифитопланктон . Поскольку существует множество примеров основных продуцентов, два доминирующих типа - это кораллы и один из многих типов бурых водорослей, ламинария. [3]

Фотосинтез [ править ]

Валовая первичная продукция происходит за счет фотосинтеза. Это также основной способ, которым первичные производители берут энергию и производят / выпускают ее в другом месте. Это делают растения, кораллы, бактерии и водоросли. Бактерии - более недавняя находка в процессе фотосинтеза с первичными продуцентами, так как они были только что [ когда? ] обнаружен в почве. Во время фотосинтеза первичные продуценты берут энергию солнца и превращают ее в энергию, сахар и кислород. Первичным производителям также нужна энергия для преобразования этой же энергии в другом месте, поэтому они получают ее из питательных веществ. Один из видов питательных веществ - азот. [4] [3]

Экология [ править ]

Зеленые листья папоротника девичьего волоса , фотоавтотроф
Смотрите также: Первичное производство

Без первичных продуцентов, организмов, способных производить энергию самостоятельно, Земля не смогла бы поддерживать себя. [3] Растения, наряду с другими первичными продуцентами, производят энергию, потребляемую существами, и кислород, которым они дышат. [3] Считается, что первые организмы на Земле были основными продуцентами, расположенными на дне океана. [3]

Автотрофы имеют фундаментальное значение для пищевых цепей всех экосистем мира. Они берут энергию из окружающей среды в виде солнечного света или неорганических химикатов и используют ее для создания молекул топлива, таких как углеводы. Этот механизм называется первичным производством . Другие организмы, называемые гетеротрофами , принимают автотрофов в качестве пищи для выполнения функций, необходимых для их жизни. Таким образом, гетеротрофы - все животные , почти все грибы , а также большинство бактерий и простейших - зависят от автотрофов или первичных продуцентов сырья и топлива, в которых они нуждаются. Гетеротрофыполучать энергию, расщепляя углеводы или окисляя органические молекулы (углеводы, жиры и белки), полученные с пищей. [10] Плотоядные организмы косвенно полагаются на автотрофов, поскольку питательные вещества, полученные от их гетеротрофной добычи, поступают от автотрофов, которых они потребляли.

Большинство экосистем поддерживаются автотрофной первичной продукцией из растений и цианобактерий , которые захватывают фотоны , первоначально выпущенное солнце . Растения могут использовать только часть (примерно 1%) этой энергии для фотосинтеза . [11] Процесс фотосинтеза расщепляет молекулу воды ( ), выделяя кислород ( ) в атмосферу и восстанавливая углекислый газ ( ), чтобы высвободить атомы водорода, которые подпитывают метаболический процесс первичного производства.. Во время фотосинтеза растения преобразуют и накапливают энергию фотона в химических связях простых сахаров . Эти растительные сахара полимеризуются для хранения в виде длинноцепочечных углеводов , включая другие сахара, крахмал и целлюлозу; глюкоза также используется для производства жиров и белков . Когда автотрофы съедаются гетеротрофами , т. Е. Потребителями, такими как животные, углеводы , жиры и белки, содержащиеся в них, становятся источниками энергии для гетеротрофов . [12] Белки можно производить с использованием нитратов , сульфатов., и фосфаты в почве. [13] [14]

Первичная продукция в тропических ручьях и реках [ править ]

Водоросли вносят значительный вклад в пищевые сети в тропических реках и ручьях. Это проявляется в чистом первичном производстве, фундаментальном экологическом процессе, который отражает количество углерода, синтезируемого в экосистеме. Этот углерод в конечном итоге становится доступным для потребителей. Чистая первичная продукция показывает, что темпы притока первичной продукции в тропических регионах по крайней мере на порядок выше, чем в аналогичных системах с умеренным климатом. [15]

См. Также [ править ]

  • Электролитоавтотроф
  • Электротроф
  • Гетеротрофное питание
  • Органотроф
  • Основные группы питания

Ссылки [ править ]

  1. ^ Моррис, Дж. И др. (2019). «Биология: как работает жизнь», 3-е издание, WH Freeman. ISBN  978-1319017637
  2. Рианна Чанг, Кеннет (12 сентября 2016 г.). «Видения жизни на Марсе в глубинах Земли» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 сентября 2016 года .
  3. ^ a b c d e f g "Что такое первичные производители?" . Наука . Проверено 8 февраля 2018 .
  4. ^ a b Сообщение, Дэвид М. (2002). «Использование стабильных изотопов для оценки трофического положения: модели, методы и предположения». Экология . 83 (3): 703–718. DOI : 10,1890 / 0012-9658 (2002) 083 [0703: USITET] 2.0.CO; 2 .
  5. ^ Маузет, Джеймс Д. (2008). Ботаника: Введение в биологию растений (4-е изд.). Издательство "Джонс и Бартлетт". п. 252 . ISBN 978-0-7637-5345-0.
  6. ^ Франк, Альберт Бернар (1892–93). Lehrbuch der Botanik (на немецком языке). Лейпциг: В. Энгельманн.
  7. ^ "Бактериальные знания" . ENI School Energy & Environment . Дата обращения 3 мая 2019 .
  8. ↑ Townsend, Rich (13 октября 2019 г.). «Эволюция автотрофов» . Университет Висконсин-Мэдисон, факультет астрономии . Дата обращения 3 мая 2019 .
  9. ↑ Мелвилл, Кейт (23 мая 2007 г.). «Чернобыльский гриб питается радиацией» . Архивировано 4 февраля 2009 года . Проверено 18 февраля 2009 года .
  10. ^ Шмидт-Рор, К. (2015). «Почему процессы горения всегда экзотермичны, давая около 418 кДж на моль O 2 », J. Chem. Educ. 92 : 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333
  11. ^ Шурр, Сэм Х. Энергия, экономический рост и окружающая среда . Нью-Йорк. ISBN 9781617260209. OCLC  868970980 .
  12. ^ Беккет, Брайан С. (1981). Иллюстрированная человеческая и социальная биология . Издательство Оксфордского университета. п. 38. ISBN 978-0-19-914065-7.
  13. ^ Odum, Юджин П. (Юджин Плезантс), 1913-2002. (2005). Основы экологии . Барретт, Гэри В. (5-е изд.). Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул. п. 598. ISBN 0-534-42066-4. OCLC  56476957 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Смит, Гилберт М. (2007). Учебник общей ботаники . Читать книги. п. 148. ISBN 978-1-4067-7315-6.
  15. ^ Дэвис, Питер М .; Банн, Стюарт Э .; Гамильтон, Стивен К. (2008). «Первичная продукция в тропических ручьях и реках». Экология тропического ручья . С. 23–42. DOI : 10.1016 / B978-012088449-0.50004-2 . ISBN 9780120884490.

Внешние ссылки [ править ]

  • «Биология лишайников и окружающая среда» . www.lichen.com . Архивировано из оригинального 21 июня 2013 года . Дата обращения 11 мая 2014 .
  • «Лишайники» . herbarium.usu.edu . Архивировано из оригинала на 1 января 2014 года.
  • «Лишайники» . archive.bio.ed.ac.uk .