Автотроф - Autotroph

Смотрите также: Основное производство
Обзор цикла между автотрофами и гетеротрофы. Фотосинтез является основным средством, с помощью которого растения, водоросли и многие бактерии производят органические соединения и кислород из углекислого газа и воды (зеленая стрелка).

An автотроф или же основной производитель это организм, который производит сложные органические соединения (Такие как углеводы, жиры, и белки ) с помощью углерод из простых веществ, таких как углекислый газ,[1] обычно используя энергию света (фотосинтез ) или неорганические химические реакции (хемосинтез ).[2] Они конвертируют абиотический источник энергии (например, свет) в энергию, хранящуюся в органические соединения, которые могут использоваться другими организмами (например, гетеротрофы ). Автотрофам не нужен живой источник углерода или энергии, и они являются производители в пищевая цепочка, Такие как растения на суше или водоросли в воде (в отличие от гетеротрофы как потребители автотрофов или других гетеротрофов). Автотрофы умеют уменьшать диоксид углерода для производства органических соединений для биосинтеза и в качестве хранимого химического топлива. Большинство автотрофов используют воду в качестве Восстановитель, но некоторые могут использовать другие водородные соединения, такие как сероводород.

Первичные производители могут преобразовывать энергию в свет (фототроф и фотоавтотроф ) или энергия в неорганических химических соединениях (хемотрофы или же хемолитотрофы ) строить Органические молекулы, который обычно накапливается в виде биомасса и будет использоваться в качестве источника углерода и энергии другими организмами (например, гетеротрофы и миксотрофы ). Фотоавтотрофы являются основными первичными производителями, преобразующими энергию света в химическую энергию посредством фотосинтез, в конечном итоге создавая органические молекулы из углекислый газ, неорганический источник углерода.[3] Примеры хемолитотрофов: археи и бактерии (одноклеточные организмы), производящие биомасса от окисление из неорганических химических соединений эти организмы называют хемоавтотрофы, и часто встречаются в гидротермальные источники в глубоком океане. Первичные производители находятся на самом низком уровне трофический уровень, и являются причинами, по которым Земля является устойчивой для жизни по сей день.[4]

Наиболее хемоавтотрофы находятся литотрофы с использованием неорганических доноров электронов, таких как сероводород, водородный газ, элементаль сера, аммоний и закись железа в качестве восстановителей и источников водорода для биосинтез и выделение химической энергии. Автотрофы используют часть АТФ образуется во время фотосинтеза или окисления химических соединений для уменьшения НАДФ+ к НАДФН с образованием органических соединений.[5]

История

Греческий термин автотроф был придуман немецким ботаником Альберт Бернхард Франк в 1892 г.[6] Оно происходит от древнегреческого слова τροφή (trophḗ), означающего «питание» или «пища». Первый автотрофный организм появился около 2 миллиардов лет назад.[7] Фотоавтотрофы произошли от гетеротрофный бактерии, развивая фотосинтез. Самые первые использованные фотосинтезирующие бактерии сероводород. Из-за нехватки сероводорода некоторые фотосинтезирующие бактерии эволюционировали, чтобы использовать воду для фотосинтеза, что привело к цианобактерии.[8]

Варианты

Некоторые организмы полагаются на органические соединения как источник углерод, но умеют использовать свет или же неорганические соединения как источник энергии. Такие организмы миксотрофы. Организм, который получает углерод из органических соединений, но получает энергию от света, называется фотогетеротроф, в то время как организм, который получает углерод из органических соединений и энергию от окисления неорганических соединений, называется хемолитогетеротроф.

Данные свидетельствуют о том, что некоторые грибы также могут получить энергию из ионизирующего излучения: Такой радиотрофные грибы были обнаружены растущими внутри реактора Чернобыльская АЭС.[9]

Блок-схема, чтобы определить, является ли вид автотрофом, гетеротрофом или подтипом

Примеры

В экосистеме Земли в разных государствах существует множество различных типов первичных продуцентов. Грибы и другие организмы, которые получают свою биомассу из окисляющих органических материалов, называются разлагатели и не являются основными производителями. Тем не мение, лишайники расположенные в тундровом климате, являются исключительным примером первичных продуцентов, которые посредством мутуалистического симбиоза сочетают фотосинтез с водоросли (или дополнительно азотфиксация цианобактериями) с защитой разлагателя грибок. 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, и фитопланктон. Поскольку существует множество примеров основных продуцентов, два доминирующих типа - кораллы и один из многих типов бурых водорослей, ламинария.[3]

Фотосинтез

Валовая первичная продукция происходит за счет фотосинтеза. Это также основной способ, которым первичные производители берут энергию и производят / отпускают ее в другом месте. Это делают растения, кораллы, бактерии и водоросли. Бактерии - более недавняя находка в процессе фотосинтеза с первичными продуцентами, поскольку они[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

Зеленые листья девичий папоротник, фотоавтотроф
Смотрите также: Основное 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 являются основой пищевых цепей всех экосистемы в мире. 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 основное производство. Другие организмы, называемые гетеротрофы, возьмите автотрофов как еда выполнять функции, необходимые для их жизни. Итак, гетеротрофы - все животные, почти все грибы, а также большинство бактерии и простейшие - зависят от автотрофов, или первичные производители, на необходимое им сырье и топливо. Гетеротрофы получать энергию, расщепляя углеводы или окисляя органические молекулы (углеводы, жиры и белки), полученные с пищей.[10] Плотоядный организмы косвенно полагаются на автотрофов, поскольку питательные вещества полученные от их гетеротрофной добычи, происходят от автотрофов, которых они съели.

Большинство экосистем поддерживаются автотрофными основное производство из растения и цианобактерии тот захват фотоны первоначально выпущенный солнце. Растения могут использовать только часть (примерно 1%) этой энергии для фотосинтез.[11] Процесс фотосинтез расщепляет молекулу воды (), выделяя кислород () в атмосферу, и сокращение углекислый газ (), чтобы освободить атомы водорода которые подпитывают метаболический процесс основное производство. Растения преобразуют и сохраняют энергию фотона в химические связи простые сахара во время фотосинтеза. Эти растительные сахара полимеризованный для хранения в виде длинной цепи углеводы, включая другие сахара, крахмал и целлюлозу; глюкоза также используется для производства жиры и белки. Когда автотрофов поедают гетеротрофы, т.е. потребители, такие как животные, углеводы, жиры, и белки содержащиеся в них становятся источниками энергии для гетеротрофы.[12] Белки можно получить, используя нитраты, сульфаты, и фосфаты в почве.[13][14]

Первичная продукция в тропических ручьях и реках

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Моррис, Дж. И др. (2019). «Биология: как работает жизнь», 3-е издание, У. Х. Фриман. ISBN  978-1319017637
  2. ^ Чанг, Кеннет (12 сентября 2016 г.). «Видения жизни на Марсе в глубинах Земли». Нью-Йорк Таймс. Получено 12 сентября 2016.
  3. ^ а б c d е ж грамм "Что такое первичные производители?". Наука. Получено 8 февраля 2018.
  4. ^ а б Сообщение, Дэвид М (2002). «Использование стабильных изотопов для оценки трофической позиции: модели, методы и предположения». Экология. 83 (3): 703–718. Дои: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. Лейпциг: В. Энгельманн.
  7. ^ "Бактериальные знания". школа eni энергия и окружающая среда. Получено 3 мая 2019.
  8. ^ Таунсенд, Рич (13 октября 2019 г.). «Эволюция автотрофов». Университет Висконсин-Мэдисон, факультет астрономии. Получено 3 мая 2019.
  9. ^ Мелвилл, Кейт (23 мая 2007 г.). «Чернобыльский гриб питается радиацией». В архиве из оригинала 4 февраля 2009 г.. Получено 18 февраля 2009.
  10. ^ Шмидт-Рор, К. (2015). «Почему процессы сгорания всегда экзотермичны, давая около 418 кДж на моль O2", 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. ^ Одум, 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 (связь)
  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. Дои:10.1016 / B978-012088449-0.50004-2. ISBN  9780120884490.

внешняя ссылка