Ototrof

Ototroflar ve heterotroflar arasındaki döngüye genel bakış. Fotosentez, bitkilerin, alglerin ve birçok bakterinin karbondioksit ve sudan organik bileşikler ve oksijen üretmesinin ana yoludur (yeşil ok). ⓘ

Bir ototrof veya birincil üretici, karbondioksit gibi basit maddelerden karbon kullanarak, genellikle ışıktan gelen enerjiyi (fotosentez) veya inorganik kimyasal reaksiyonları (kemosentez) kullanarak karmaşık organik bileşikler (karbonhidratlar, yağlar ve proteinler gibi) üreten bir organizmadır. Abiyotik bir enerji kaynağını (örneğin ışık) organik bileşiklerde depolanan ve diğer organizmalar (örneğin heterotroflar) tarafından kullanılabilen enerjiye dönüştürürler. Ototroflar canlı bir karbon veya enerji kaynağına ihtiyaç duymazlar ve karadaki bitkiler veya sudaki algler gibi bir besin zincirindeki üreticilerdir (ototrofların veya diğer heterotrofların tüketicileri olan heterotrofların aksine). Ototroflar karbondioksiti azaltarak biyosentez için organik bileşikler ve depolanmış kimyasal yakıt olarak kullanabilir. Çoğu ototrof indirgeyici madde olarak su kullanır, ancak bazıları hidrojen sülfür gibi diğer hidrojen bileşiklerini de kullanabilir. ⓘ

Birincil üreticiler ışıktaki enerjiyi (fototrof ve fotoototrof) veya inorganik kimyasal bileşiklerdeki enerjiyi (kemotroflar veya kemolitotroflar) organik moleküller oluşturmak için dönüştürebilir, bu moleküller genellikle biyokütle şeklinde biriktirilir ve diğer organizmalar (örneğin heterotroflar ve miksotroflar) tarafından karbon ve enerji kaynağı olarak kullanılır. Fotoototroflar ana birincil üreticilerdir, ışık enerjisini fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye dönüştürürler ve sonuçta inorganik bir karbon kaynağı olan karbondioksitten organik moleküller oluştururlar. Kemolitotroflara örnek olarak inorganik kimyasal bileşiklerin oksidasyonundan biyokütle üreten bazı arkea ve bakteriler (tek hücreli organizmalar) verilebilir, bu organizmalara kemoototroflar denir ve sıklıkla derin okyanuslardaki hidrotermal bacalarda bulunurlar. Birincil üreticiler en düşük trofik seviyededir ve Dünya'nın bugüne kadar yaşamı sürdürmesinin nedenidir. ⓘ

Kemoototrofların çoğu litotroftur ve hidrojen sülfür, hidrojen gazı, elementel sülfür, amonyum ve demir oksit gibi inorganik elektron donörlerini biyosentez ve kimyasal enerji salınımı için indirgeyici maddeler ve hidrojen kaynakları olarak kullanırlar. Ototroflar fotosentez veya kimyasal bileşiklerin oksidasyonu sırasında üretilen ATP'nin bir kısmını organik bileşikler oluşturmak üzere NADP⁺'yi NADPH'ye indirgemek için kullanır. ⓘ

Siyanobakteriler fotosentezle glikoz üretirler. ⓘ

Bir ototrof türü ⓘ

Tarihçe

Ototrof terimi 1892 yılında Alman botanikçi Albert Bernhard Frank tarafından ortaya atılmıştır. Eski Yunanca'da "besin" ya da "gıda" anlamına gelen τροφή (trophḗ) kelimesinden gelmektedir. İlk ototrofik organizma yaklaşık 2 milyar yıl önce gelişmiştir. Fotoototroflar, fotosentez geliştirerek heterotrofik bakterilerden evrimleşmiştir. En eski fotosentetik bakteriler hidrojen sülfür kullanmıştır. Hidrojen sülfürün azlığı nedeniyle, bazı fotosentetik bakteriler fotosentezde su kullanmak üzere evrimleşerek siyanobakterilere yol açmıştır. ⓘ

Varyantlar

Bazı organizmalar karbon kaynağı olarak organik bileşiklere dayanır, ancak enerji kaynağı olarak ışığı veya inorganik bileşikleri kullanabilirler. Bu tür organizmalar miksotroflardır. Organik bileşiklerden karbon elde eden ancak ışıktan enerji elde eden bir organizma fotoheterotrof olarak adlandırılırken, organik bileşiklerden karbon ve inorganik bileşiklerin oksidasyonundan enerji elde eden bir organizma kemolitoheterotrof olarak adlandırılır. ⓘ

Kanıtlar, bazı mantarların iyonlaştırıcı radyasyondan da enerji elde edebileceğini göstermektedir: Bu tür radyotrofik mantarlar Çernobil nükleer santralinin bir reaktörünün içinde büyürken bulunmuştur. ⓘ

Bir türün ototrof, heterotrof veya bir alt tür olup olmadığını belirlemek için akış şeması ⓘ

Örnekler

Dünya ekosisteminde farklı durumlarda birçok farklı birincil üretici türü vardır. Biyokütlelerini organik maddeleri oksitleyerek elde eden mantarlar ve diğer organizmalar ayrıştırıcı olarak adlandırılır ve birincil üretici değildir. Bununla birlikte, tundra iklimlerinde bulunan likenler, mutualistik simbiyoz yoluyla alglerin fotosentezini (veya ek olarak siyanobakterilerin azot fiksasyonunu) ayrıştırıcı bir mantarın korumasıyla birleştiren istisnai bir birincil üretici örneğidir. Ayrıca, bitki benzeri birincil üreticiler (ağaçlar, algler) güneşi bir enerji biçimi olarak kullanır ve diğer organizmalar için havaya bırakır. Elbette bir tür bakteri ve fitoplankton da dahil olmak üzere H₂O birincil üreticileri de vardır. Birincil üreticilerin birçok örneği olduğu gibi, iki baskın türü mercan ve kahverengi alglerin birçok türünden biri olan yosundur. ⓘ

Fotosentez

Brüt birincil üretim fotosentez ile gerçekleşir. Bu aynı zamanda birincil üreticilerin enerjiyi alıp başka bir yerde üretmelerinin / serbest bırakmalarının ana yoludur. Bitkiler, mercanlar, bakteriler ve algler bunu yapar. Fotosentez sırasında birincil üreticiler güneşten enerji alır ve bunu enerjiye, şekere ve oksijene dönüştürür. Birincil üreticiler aynı enerjiyi başka bir yere dönüştürmek için de enerjiye ihtiyaç duyarlar, bu yüzden enerjiyi besinlerden alırlar. Bir tür besin maddesi azottur. ⓘ

Ekoloji

Bir fotoototrof olan kızsaçı eğrelti otunun yeşil yaprakları ⓘ

Kendi başlarına enerji üretebilen organizmalar olan birincil üreticiler olmasaydı, Dünya'nın biyolojik sistemleri kendilerini sürdüremezdi. Bitkiler, diğer birincil üreticilerle birlikte, diğer canlıların tükettiği enerjiyi ve soludukları oksijeni üretirler. Dünya üzerindeki ilk organizmaların okyanus tabanında bulunan birincil üreticiler olduğu düşünülmektedir. ⓘ

Ototroflar, dünyadaki tüm ekosistemlerin besin zincirlerinin temelini oluşturur. Çevreden güneş ışığı veya inorganik kimyasallar şeklinde enerji alırlar ve bunu karbonhidratlar gibi yakıt molekülleri oluşturmak için kullanırlar. Bu mekanizmaya birincil üretim denir. Heterotrof olarak adlandırılan diğer organizmalar, yaşamları için gerekli işlevleri yerine getirmek üzere ototrofları besin olarak alırlar. Dolayısıyla, heterotroflar - tüm hayvanlar, neredeyse tüm mantarlar, çoğu bakteri ve protozoa - ihtiyaç duydukları hammadde ve yakıt için ototroflara veya birincil üreticilere bağımlıdır. Heterotroflar karbonhidratları parçalayarak veya gıdalardan elde edilen organik molekülleri (karbonhidratlar, yağlar ve proteinler) oksitleyerek enerji elde ederler. Etobur organizmalar, heterotrofik avlarından elde ettikleri besinleri tükettikleri ototroflardan aldıkları için dolaylı olarak ototroflara ihtiyaç duyarlar. ⓘ

Çoğu ekosistem, başlangıçta güneş tarafından salınan fotonları yakalayan bitkilerin ve siyanobakterilerin ototrofik birincil üretimi tarafından desteklenir. Bitkiler bu enerjinin yalnızca bir kısmını (yaklaşık %1) fotosentez için kullanabilir. Fotosentez süreci bir su molekülünü (H₂O) böler, atmosfere oksijen (O₂) salar ve karbondioksiti (CO₂) indirgeyerek birincil üretimin metabolik sürecini besleyen hidrojen atomlarını serbest bırakır. Bitkiler fotosentez sırasında foton enerjisini basit şekerlerin kimyasal bağlarına dönüştürür ve depolar. Bu bitki şekerleri, diğer şekerler, nişasta ve selüloz dahil olmak üzere uzun zincirli karbonhidratlar olarak depolanmak üzere polimerize edilir; glikoz ayrıca yağ ve protein yapmak için de kullanılır. Ototroflar heterotroflar, yani hayvanlar gibi tüketiciler tarafından yenildiğinde, içerdikleri karbonhidratlar, yağlar ve proteinler heterotroflar için enerji kaynağı haline gelir. Proteinler topraktaki nitratlar, sülfatlar ve fosfatlar kullanılarak yapılabilir. ⓘ

Tropikal akarsu ve nehirlerde birincil üretim

Sucul algler, tropikal nehir ve akarsulardaki besin ağlarına önemli bir katkı sağlamaktadır. Bu durum, bir ekosistem içinde sentezlenen karbon miktarını yansıtan temel bir ekolojik süreç olan net birincil üretim ile gösterilir. Bu karbon nihayetinde tüketiciler için kullanılabilir hale gelir. Net birincil üretim, tropikal bölgelerdeki akarsu içi birincil üretim oranlarının benzer ılıman sistemlerden en az bir büyüklük sırası daha fazla olduğunu göstermektedir. ⓘ