Autótrofos

Un autótrofo o productor primario es un organismo que produce compuestos orgánicos complejos (como carbohidratos, grasas y proteínas) usando carbono de sustancias simples como el dióxido de carbono, generalmente usando energía de la luz (fotosíntesis) o reacciones químicas inorgánicas (quimiosíntesis).Convierten una fuente de energía abiótica (p. ej., la luz) en energía almacenada en compuestos orgánicos, que puede ser utilizada por otros organismos (p. ej., heterótrofos). Los autótrofos no necesitan una fuente viva de carbono o energía y son los productores en una cadena alimentaria, como las plantas en la tierra o las algas en el agua (en contraste con los heterótrofos como consumidores de autótrofos u otros heterótrofos). Los autótrofos pueden reducir el dióxido de carbono para producir compuestos orgánicos para la biosíntesis y como combustible químico almacenado. La mayoría de los autótrofos usan agua como agente reductor, pero algunos pueden usar otros compuestos de hidrógeno como el sulfuro de hidrógeno.

Los productores primarios pueden convertir la energía de la luz (fotótrofos y fotoautótrofos) o la energía en compuestos químicos inorgánicos (quimiotrofos o quimiolitotrofos) para construir moléculas orgánicas, que generalmente se acumulan en forma de biomasa y se utilizarán como fuente de carbono y energía. por otros organismos (por ejemplo, heterótrofos y mixótrofos). Los fotoautótrofos son los principales productores primarios, ya que convierten la energía de la luz en energía química a través de la fotosíntesis y, en última instancia, construyen moléculas orgánicas a partir de dióxido de carbono, una fuente de carbono inorgánico.Ejemplos de quimiolitotrofos son algunas arqueas y bacterias (organismos unicelulares) que producen biomasa a partir de la oxidación de compuestos químicos inorgánicos, estos organismos se denominan quimioautótrofos y se encuentran con frecuencia en respiraderos hidrotermales en las profundidades del océano. Los productores primarios se encuentran en el nivel trófico más bajo y son las razones por las que la Tierra sustenta la vida hasta el día de hoy.

La mayoría de los quimioautótrofos son litótrofos y utilizan donantes de electrones inorgánicos como sulfuro de hidrógeno, gas hidrógeno, azufre elemental, amonio y óxido ferroso como agentes reductores y fuentes de hidrógeno para la biosíntesis y la liberación de energía química. Los autótrofos usan una porción del ATP producido durante la fotosíntesis o la oxidación de compuestos químicos para reducir el NADP a NADPH para formar compuestos orgánicos.

Historia

El término autótrofo fue acuñado por el botánico alemán Albert Bernhard Frank en 1892. Proviene de la antigua palabra griega τροφή ( trophḗ ), que significa "alimento" o "alimento". El primer organismo autótrofo se desarrolló hace unos 2 mil millones de años. Los fotoautótrofos evolucionaron a partir de bacterias heterótrofas mediante el desarrollo de la fotosíntesis. Las primeras bacterias fotosintéticas usaban sulfuro de hidrógeno. Debido a la escasez de sulfuro de hidrógeno, algunas bacterias fotosintéticas evolucionaron para usar agua en la fotosíntesis, dando lugar a las cianobacterias.

Variantes

Algunos organismos dependen de los compuestos orgánicos como fuente de carbono, pero pueden utilizar la luz o los compuestos inorgánicos como fuente de energía. Dichos organismos son mixótrofos. Un organismo que obtiene carbono de compuestos orgánicos pero obtiene energía de la luz se denomina fotoheterótrofo , mientras que un organismo que obtiene carbono de compuestos orgánicos y energía de la oxidación de compuestos inorgánicos se denomina quimiolitoheterótrofo .

La evidencia sugiere que algunos hongos también pueden obtener energía de la radiación ionizante: tales hongos radiotróficos se encontraron creciendo dentro de un reactor de la planta de energía nuclear de Chernobyl.

Ejemplos

Hay muchos tipos diferentes de productores primarios en el ecosistema de la Tierra en diferentes estados. Los hongos y otros organismos que obtienen su biomasa de la oxidación de materiales orgánicos se denominan descomponedores y no son productores primarios. Sin embargo, los líquenes ubicados en climas de tundra son un ejemplo excepcional de un productor primario que, por simbiosis mutualista, combina la fotosíntesis de las algas (o adicionalmente la fijación de nitrógeno de las cianobacterias) con la protección de un hongo descomponedor. Además, los productores primarios similares a las plantas (árboles, algas) usan el sol como una forma de energía y lo ponen en el aire para otros organismos.Por supuesto, hay productores primarios de H2O, incluida una forma de bacteria y fitoplancton. Como hay muchos ejemplos de productores primarios, dos tipos dominantes son el coral y uno de los muchos tipos de algas pardas, las algas marinas.

Fotosíntesis

La producción primaria bruta se produce por fotosíntesis. Esta es también una forma principal en que los productores primarios toman energía y la producen/liberan en otro lugar. Las plantas, el coral, las bacterias y las algas hacen esto. Durante la fotosíntesis, los productores primarios toman energía del sol y la convierten en energía, azúcar y oxígeno. Los productores primarios también necesitan energía para convertir esta misma energía en otros lugares, por lo que la obtienen de los nutrientes. Un tipo de nutriente es el nitrógeno.

Ecología

Sin productores primarios, organismos que son capaces de producir energía por sí mismos, los sistemas biológicos de la Tierra no podrían sostenerse por sí mismos. Las plantas, junto con otros productores primarios, producen la energía que consumen otros seres vivos y el oxígeno que respiran. Se cree que los primeros organismos en la Tierra fueron productores primarios ubicados en el fondo del océano.

Los autótrofos son fundamentales para las cadenas alimentarias de todos los ecosistemas del mundo. Toman energía del medio ambiente en forma de luz solar o productos químicos inorgánicos y la utilizan para crear moléculas de combustible como los carbohidratos. Este mecanismo se llama producción primaria. Otros organismos, llamados heterótrofos, toman autótrofos como alimento para llevar a cabo las funciones necesarias para su vida. Por lo tanto, los heterótrofos (todos los animales, casi todos los hongos, así como la mayoría de las bacterias y los protozoos) dependen de los autótrofos, o productores primarios, para obtener las materias primas y el combustible que necesitan. Los heterótrofos obtienen energía al descomponer los carbohidratos u oxidar las moléculas orgánicas (carbohidratos, grasas y proteínas) obtenidas en los alimentos.Los organismos carnívoros dependen indirectamente de los autótrofos, ya que los nutrientes que obtienen de sus presas heterótrofas provienen de los autótrofos que han consumido.

La mayoría de los ecosistemas se sustentan en la producción primaria autótrofa de plantas y cianobacterias que capturan los fotones liberados inicialmente por el sol. Las plantas solo pueden usar una fracción (aproximadamente el 1%) de esta energía para la fotosíntesis. El proceso de fotosíntesis divide una molécula de agua (), liberando oxígeno () a la atmósfera, y reduciendo el dióxido de carbono () para liberar los átomos de hidrógeno que alimentan el proceso metabólico de la producción primaria. Las plantas convierten y almacenan la energía del fotón en enlaces químicos de azúcares simples durante la fotosíntesis. Estos azúcares vegetales se polimerizan para su almacenamiento como carbohidratos de cadena larga, incluidos otros azúcares, almidón y celulosa; la glucosa también se usa para producir grasas y proteínas. Cuando los autótrofos son comidos por heterótrofos, es decir, consumidores como animales, los carbohidratos, grasas y proteínas contenidos en ellos se convierten en fuentes de energía para los heterótrofos. Las proteínas se pueden hacer usando nitratos, sulfatos y fosfatos en el suelo.

Producción primaria en arroyos y ríos tropicales

Las algas acuáticas contribuyen significativamente a las redes alimentarias en los ríos y arroyos tropicales. Esto se muestra en la producción primaria neta, un proceso ecológico fundamental que refleja la cantidad de carbono que se sintetiza dentro de un ecosistema. Este carbono finalmente se vuelve disponible para los consumidores. La producción primaria neta muestra que las tasas de producción primaria interna en las regiones tropicales son al menos un orden de magnitud mayores que las de sistemas templados similares.