Autotrof
- Vidi takođe: Primarna proizvodnja
Autotrof je organizam koji može pretvoriti abiotičke izvore energije u energiju pohranjenu u organskim spojevima, koju mogu koristiti drugi organizmi.
Autotrofi proizvode složene organske spojeve (kao što su ugljikohidrati, masti i proteini) koristeći ugljik iz jednostavnih supstanci kao što je ugljen dioksid,[1] uglavnom koristeći energiju iz svjetlosti ili neorganskih hemijskih reakcija.[2] Autotrofima nije potreban živući izvor ugljika ili energije, već su proizvođači u lancu ishrane, kao što su biljke na kopnu ili alge u vodi. Autotrofi mogu reducirati ugljen dioksid kako bi stvorili organske spojeve za biosintezu i kao uskladišteno hemijsko gorivo. Većina autotrofa koristi vodu kao redukcijsko sredstvo, ali neki mogu koristiti i druge vodikove spojeve kao što je vodikov sulfid.
Autotrofi koriste dio ATP-a proizvedenog tokom fotosinteze ili oksidacije hemijskih spojeva kako bi reducirali NADP+ u NADPH i formirali organska spojeve.[3]
Primarni proizvođači se nalaze na najnižem trofičkom nivou i jedan su od razloga što Zemlja i danas održava život.[4]
Fotoautotrofi pretvaraju energiju svjetlosti u hemijsku energiju putem fotosinteze, u konačnici gradeći organske molekule iz ugljen dioksida, neorganskog izvora ugljika.[5]
Hemolitotrofi proizvode biomasu oksidacijom neorganskih hemijskih spojeva; često se nalaze u hidrotermalnim izvorima u dubokom okeanu i uključuju neke arheje i bakterije (jednoćelijske organizme).
Većina hemoautotrofa su litotrofi, koji koriste neorganske donore elektrona kao što su vodikov sulfid, vodik u vida plina, elementarni sumpor, amonijak i željezni oksid kao redukciona sredstva; te izvore vodika za biosintezu i oslobađanje hemijske energije. Hemolitoautotrofi su mikroorganizmi koji sintetiziraju energiju oksidacijom neorganskih spojeva.[6] Mogu se u potpunosti održavati na atmosferskom CO2 i neorganskim hemikalijama bez potrebe za svjetlošću ili organskim spojevima. Oni enzimski kataliziraju redoks reakcije koristeći mineralne supstrate za stvaranje ATP energije.[7] Ovi supstrati prvenstveno uključuju vodik, željezo, azot i sumpor. Njihova ekološka niša je često specijalizirana za ekstremna okruženja, uključujući duboke morske hidrotermalne izvore, stratificirani sediment i kisele tople izvore.[8]
Neki organizmi se oslanjaju na organske spojeve kao izvor ugljika, ali mogu koristiti svjetlost ili neorganske spojeve kao izvor energije. Takvi organizmi su miksotrofi. Organizam koji dobija ugljik iz organskih spojeva, a energiju iz svjetlosti, naziva se fotoheterotrof, dok se organizam koji dobija ugljik iz organskih spojeva i energiju oksidacijom neorganskih spojeva naziva hemolitoheterotrof.[9]
Dokazi ukazuju na to da neke gljive mogu dobijati energiju i iz jonizujućeg zračenja: takve radiotrofne gljive pronađene unutar reaktora nuklearne elektrane u Černobilu.[10]
Termin autotrof stvorio je njemački botaničar Albert Bernhard Frank 1892. godine.[11][12] On vuče porijeklo od starogrčke riječi τροφή (trophḗ), što znači "hrana" ili "obilje".
- Vidi takođe: Primarna proizvodnja
Bez primarnih proizvođača, organizama koji su sposobni za samostalno stvaranje energije, biološki sistemi Zemlje ne bi se mogli sami održavati.[5] Biljke, zajedno s drugim primarnim proizvođačima, stvaraju energiju koju druga živa bića troše, kao i kisik koji udišu.[5] Smatra se da su prvi organizmi na Zemlji bili primarni proizvođači koji su se nalazili na dnu okeana.[5]
Autotrofi su fundamentalni za lance ishrane svih ekosistema u svijetu. Oni uzimaju energiju iz okoline u obliku sunčeve svjetlosti ili neorganskih hemikalija i koriste je za stvaranje molekula goriva poput ugljikohidrata. Ovaj mehanizam se naziva primarna proizvodnja. Drugi organizmi, nazvani heterotrofi, koriste autotrofe kao hranu kako bi obavljali funkcije neophodne za svoj život. Dakle, heterotrofi - sve životinje, gotovo sve gljive i većina bakterija i protozoa - zavise od autotrofa, ili primarnih proizvođača, za tvari i energiju koje su im potrebne. Heterotrofi dobijaju energiju razgradnjom ugljikohidrata ili oksidacijom organskih molekula (ugljikohidrata, masti i proteina) dobijenih iz hrane. Mesožderi su organizmi koji se indirektno oslanjaju na autotrofe, jer hranjive tvari koje dobiju iz svog heterotrofnog plijena dolaze od autotrofa koje su konzumirali.
Većinu ekosistema podržava autotrofna primarna proizvodnja biljaka i cijanobakterija koje hvataju fotone koje je prvobitno oslobodilo Sunce. Biljke mogu koristiti samo dio (otprilike 1%) te energije za fotosintezu.[13] Proces fotosinteze cijepa molekulu vode (H2O), oslobađajući kisik (O2) u atmosferu i redukujući ugljen dioksid (CO2) kako bi se oslobodili atomi vodika koji pokreću metabolički proces primarne proizvodnje. Biljke pretvaraju i pohranjuju energiju fotona u hemijske veze jednostavnih šećera tokom fotosinteze. Ovi biljni šećeri se polimeriziraju za skladištenje u formi dugolančanih ugljikohidrata, poput škroba i celuloze; glukoza se također koristi za stvaranje masti i proteina. Kada heterotrofi, tj. potrošači poput životinja, jedu autotrofe, ugljikohidrati, masti i proteini sadržani u njima postaju izvori energije za heterotrofe.[14] Proteini se mogu stvarati korištenjem nitrata, sulfata i fosfata u tlu.[15][16]
Vodene alge značajno doprinose lancima ishrane u tropskim rijekama i potocima. To se ogleda u neto primarnoj proizvodnji, fundamentalnom ekološkom procesu koji odražava količinu ugljika koja se sintetizira unutar ekosistema. Ovaj ugljik na kraju postaje dostupan potrošačima. Neto primarna proizvodnja pokazuje da su stope primarne proizvodnje u potocima u tropskim regijama barem za red veličine veće nego u sličnim sistemima u područjima sa umjerenom klimom.[17]
Istraživači vjeruju da prvi ćelijski oblici života nisu bili heterotrofni, jer bi se morali oslanjati na autotrofe, budući da su organski supstrati dospjeli iz svemira bili ili previše heterogeni da bi podržali rast mikroba ili previše reducirani za fermentaciju. Umjesto toga, oni smatraju da su prve ćelije bile autotrofne.[18] Ti autotrofi su možda bili termofilni i anaerobni hemolitoautotrofi koji su živjeli u dubokomorskim alkalnim hidrotermalnim izvorima. Ovo gledište podržavaju filogenetski dokazi – fiziologija i stanište posljednjeg univerzalnog zajedničkog pretka (LUCA) se smatra da je također bio termofilni anaerob sa Wood-Ljungdahl metaboličkim putem, njegova biohemija je bila prepuna FeS klastera i mehanizama radikalnih reakcija. Bio je ovisan o Fe, H2 i CO2.[18][19] Visoka koncentracija K+ prisutna u citosolu većine oblika života ukazuje na to da je rani ćelijski život imao Na+/H+ antiportere ili moguće simportere.[20] Autotrofi su se vjerojatno razvili u heterotrofe kada su bili na niskim parcijalnim pritiscima H2, pri čemu su prvi oblici heterotrofije vjerovatno bili fermentacija aminokiselina i purina klostridijskog tipa.[21] Pretpostavlja se da se fotosinteza pojavila u prisustvu slabe svjetlosti bliskog infracrvenog zračenja koju emituju hidrotermalni otvori. Smatra se da su u tom slučaju prvi fotohemijski aktivni pigmenti bili Zn-tetrapiroli.[22]
Prvi autotrofni organizmi su vjerovatno evoluirali rano u arhajskom periodu, ali su se razmnožili tokom Velikog oksidacijskog događaja na Zemlji, s povećanjem brzine oksigene fotosinteze od strane cijanobakterija.[23] Fotoautotrofi su evoluirali od heterotrofnih bakterija razvojem fotosinteze. Najranije fotosintetske bakterije koristile su vodikov sulfid. Zbog oskudice vodikovog sulfida, neke fotosintetske bakterije su evoluirale tako da koriste vodu u fotosintezi, što je dovelo do pojave cijanobakterija.[24]
- ↑ Morris, J. et al. (2019). "Biology: How Life Works", 3rd edition, W. H. Freeman. ISBN 978-1319017637
- ↑ Chang, Kenneth (12 September 2016). „Visions of Life on Mars in Earth's Depths”. The New York Times. Arhivirano iz originala na datum 12 September 2016. Pristupljeno 12 September 2016.
- ↑ Bruslind, Linda (2019-08-01). „Chemolithotrophy & Nitrogen Metabolism” (en). General Microbiology.
- ↑ Post, David M (2002). „Using Stable Isotopes to Estimate Trophic Position: Models, Methods, and Assumptions”. Ecology 83 (3): 703–718. DOI:10.1890/0012-9658(2002)083[0703:USITET]2.0.CO;2.
- 1 2 3 4 „What Are Primary Producers?” (en). Sciencing. Arhivirano iz originala na datum 14 October 2019. Pristupljeno 2018-02-08.
- ↑ „5.10A: The Energetics of Chemolithotrophy” (en). Biology LibreTexts. 2017-05-09.
- ↑ „14: Chemolithotrophy & Nitrogen Metabolism” (en). Biology LibreTexts. 2018-02-06.
- ↑ Deng, Wenchao; Zhao, Zihao; Li, Yufang; Cao, Rongguang; Chen, Mingming; Tang, Kai; Wang, Deli; Fan, Wei i dr.. (2023-12-05). „Strategies of chemolithoautotrophs adapting to high temperature and extremely acidic conditions in a shallow hydrothermal ecosystem”. Microbiome 11 (1): 270. DOI:10.1186/s40168-023-01712-w. ISSN 2049-2618. PMC 10696704. PMID 38049915.
- ↑ „CK12-Foundation”. flexbooks.ck12.org. Pristupljeno 2026-06-16.
- ↑ Melville, Kate (23 May 2007). „Chernobyl fungus feeds on radiation”. Arhivirano iz originala na datum 4 February 2009. Pristupljeno 18 February 2009.
- ↑ Frank, Albert Bernard (1892–93) (de). Lehrbuch der Botanik. Leipzig: W. Engelmann. Arhivirano iz originala na datum 7 March 2023. Pristupljeno 14 January 2018.
- ↑ „What Are Autotrophs?”. 11 March 2019.
- ↑ Schurr, Sam H. (19 January 2011). Energy, Economic Growth, and the Environment. New York. ISBN 978-1-61726-020-9. OCLC 868970980.
- ↑ Beckett, Brian S. (1981). Illustrated Human and Social Biology. Oxford University Press. str. 38. ISBN 978-0-19-914065-7. Arhivirano iz originala na datum 15 March 2024. Pristupljeno 16 August 2020.
- ↑ Odum, Eugene P. (Eugene Pleasants), 1913-2002. (2005). Fundamentals of ecology. Barrett, Gary W. (5th izd.). Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole. str. 598. ISBN 0-534-42066-4. OCLC 56476957.
- ↑ Smith, Gilbert M. (2007). A Textbook of General Botany. Read Books. str. 148. ISBN 978-1-4067-7315-6. Arhivirano iz originala na datum 15 March 2024. Pristupljeno 16 August 2020.
- ↑ Davies, Peter M.; Bunn, Stuart E.; Hamilton, Stephen K. (2008). „Primary Production in Tropical Streams and Rivers”. Tropical Stream Ecology. str. 23–42. DOI:10.1016/B978-012088449-0.50004-2. ISBN 978-0-12-088449-0.
- 1 2 Weiss, Madeline C.; Preiner, Martina; Xavier, Joana C.; Zimorski, Verena; Martin, William F. (2018-08-16). „The last universal common ancestor between ancient Earth chemistry and the onset of genetics”. PLOS Genetics 14 (8). DOI:10.1371/journal.pgen.1007518. ISSN 1553-7390. PMC 6095482. PMID 30114187.
- ↑ Stetter, Karl O (2006-10-29). „Hyperthermophiles in the history of life”. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 361 (1474): 1837–1843. DOI:10.1098/rstb.2006.1907. ISSN 0962-8436. PMC 1664684. PMID 17008222.
- ↑ Sousa, Filipa L.; Thiergart, Thorsten; Landan, Giddy; Nelson-Sathi, Shijulal; Pereira, Inês A. C.; Allen, John F.; Lane, Nick; Martin, William F. (2013-07-19). „Early bioenergetic evolution” (en). Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 368 (1622). DOI:10.1098/rstb.2013.0088. ISSN 0962-8436. PMC 3685469. PMID 23754820.
- ↑ Schönheit, Peter; Buckel, Wolfgang; Martin, William F. (2016-01-01). „On the Origin of Heterotrophy” (en). Trends in Microbiology 24 (1): 12–25. DOI:10.1016/j.tim.2015.10.003. ISSN 0966-842X. PMID 26578093. Arhivirano iz originala na datum 15 March 2024. Pristupljeno 4 December 2022.
- ↑ Martin, William F; Bryant, Donald A; Beatty, J Thomas (2017-11-21). „A physiological perspective on the origin and evolution of photosynthesis”. FEMS Microbiology Reviews 42 (2): 205–231. DOI:10.1093/femsre/fux056. ISSN 0168-6445. PMC 5972617. PMID 29177446.
- ↑ Crockford, Peter W.; Bar On, Yinon M.; Ward, Luce M.; Milo, Ron; Halevy, Itay (November 2023). „The geologic history of primary productivity”. Current Biology 33 (21): 4741–4750.e5. Bibcode 2023CBio...33E4741C. DOI:10.1016/j.cub.2023.09.040. ISSN 0960-9822. PMID 37827153.
- ↑ Townsend, Rich (13 October 2019). „The Evolution of Autotrophs”. University of Wisconsin-Madison Department of Astronomy. Arhivirano iz originala na datum 8 July 2022. Pristupljeno 3 May 2019.
- „Lichen Biology and the Environment”. lichen.com. Arhivirano iz originala na datum 2018-06-08. Pristupljeno 2014-05-11.
- „Fun facts about fungi: Lichens are Fungi!”. herbarium.usu.edu. Arhivirano iz originala na datum 2017-05-21. Pristupljeno 2026-02-11.
- „Lichens”. archive.bio.ed.ac.uk.
| Karnivori |
|   | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Herbivori | ||||||||
| Stanični | ||||||||
| Ostali | ||||||||
| Metode | ||||||||