Определение производителя
Производителями являются организмы, способные создавать простые углеводы, такие как глюкоза, из газообразного диоксида углерода. Этот процесс производства органических молекул из неорганических источников углерода называется первичным производством. Энергия для этого процесса может поступать от солнечной радиации, химических реакций или от тепла в глубоких океанских геотермальных жерлах. На суше большинство производителей – растения. В морском производстве преобладают водоросли и планктон.
Типы производителей
Существует два основных типа первичных продуцентов – фототрофы и хемотрофы.
Фототрофы используют энергию солнца для превращения углекислого газа в углеводы. Процесс, с помощью которого это происходит, называется фотосинтез, Позднее энергия химической связи в углеводах выделяется через дыхание и используется для подпитки метаболических путей. Аналогичный процесс происходит у хемотрофов, за исключением того, что источником энергии являются неорганические реакции окисления и восстановления. Хемотрофы почти всегда микроскопические и обнаруживаются в регионах, где воды и света мало.
Иногда используются такие термины, как «вторичные производители» и «третичные производители». Животные, которые потребляют растения, считаются вторичными производителями, поскольку они «производят» биомассу для своих хищников. Точно так же, плотоядные животные едят другие вид считаются «третичными производителями». На каждом трофический уровень потребитель может получить только 10% калорий, доступных его производителю. Поэтому редко можно увидеть энергетические пирамиды, содержащие более четырех уровней, или «четвертичных производителей».
Примеры производителей
Производители фотосинтеза могут быть сгруппированы в три категории: растения, цианобактерии и фитопланктон.
растения
От микроскопических видов до красных деревьев, которые возвышаются над землей, существует удивительное разнообразие среди растений. Примечательно, что эти разнообразные виды имеют одинаковый механизм фотосинтеза. Фотосинтез происходит в специализированных органеллах, называемых хлоропластами, которые содержат пигменты, такие как хлорофилл.
Эти пигменты обычно расположены в каркасе мембраносвязанных белков, называемых комплексами, собирающими свет. Здесь легкое окисление заставляет пигмент терять электрон. Высокоэнергетический электрон затем входит в цепь переноса электронов где он перемещается от одного белка к другому, теряя энергию на каждом этапе, в сочетании с серией реакций окисления и восстановления. Движение заряженной частицы по цепи переноса электронов также способствует протонному градиенту через мембрану. Протонный градиент и цепочка переноса электронов вместе приводят в действие энергетическую валюту клетка, Аденозинтрифосфат (АТФ). Фотоокисленный пигмент хлорофилла затем возвращается в исходное состояние путем расщепления воды молекула, который выделяет молекулярный кислород.
Цианобактерии
Цианобактерии являются фотосинтезирующими прокариотами. Они являются одними из первых форм жизни, которые появились на земле с Окаменелости это продолжается более трех миллиардов лет. Они также способствовали созданию атмосферы, богатой кислородом, в течение двух миллиардов лет, прокладывая путь для тех форм жизни, которые мы видим сегодня. Из-за их фотосинтетической активности они были первоначально классифицированы как водоросли, и термин «сине-зеленые водоросли» продолжает неофициально использоваться для обозначения этих прокариот.
Цианобактерии считаются эндосимбионтами, которые превратились в современные хлоропласты. Эти прокариоты также имеют мембранные белковые комплексы в своих клеточная мембрана, Некоторые из этих мембран образуют цилиндрические тилакоидные листы, которые напоминают внутреннюю структуру хлоропластов. Эти сходства делают их полезными в качестве модельных организмов для изучения фотосинтеза. Однако существуют некоторые различия между путями, используемыми в современных цианобактериях и растениях. Одна из них проистекает из морской природы этих прокариот, которая требует от них “концентрировать” углекислый газ в малых везикул связанные компартменты для повышения эффективности фотосинтетических ферментов, таких как RuBisCO.
Они имеют решающее значение для здоровья и выживания морских экосистем, поскольку они играют важную роль в создании биодоступного углерода и азота. Азот фиксируется как аммиак и используется для создания азотсодержащих соединений, таких как белки и нуклеиновые кислоты, Поскольку цианобактерии потребляются организмами на дне океана, на мелководье, а также в открытом море, они являются одними из наиболее важных морских первичных продуцентов.
фитопланктон
Фитопланктон – это микроскопические свободно плавающие растения, которые выполняют большую часть фотосинтетической деятельности океана. Они лежат в основе морских экосистем и поддерживают уровень кислорода в океане, а также в атмосфере. Они потребляются микроскопическими растительноядными животными, называемыми зоопланктон которые затем съедаются организмами выше в пищевой пирамиде.
Считается, что появление фитопланктона способствовало серьезному эволюционному взрыву 250 миллионов лет назад. После массовое вымирание в конце палеозойской эры, увеличение питательных веществ и сокращение хищничество позволил этим растениям размножаться в океанах. Их изобилие и повышенное содержание питательных веществ также позволяли распространяться основным потребителям, таким как зоопланктон. По мере того как эти группы организмов росли и колонизировали большие океанские тракты, некоторые популяции диверсифицировались, адаптировались к новым условиям, что в конечном итоге привело к огромному увеличению видового разнообразия в океанах.
Функции продюсеров
Производители являются основным источником биомассы на земле. Они образуют дно всех энергетических пирамид и являются первым трофическим уровнем в каждом экосистема, Первичные производители используют энергию солнца или химических реакций и фиксируют неорганический углерод в форме углеводов. Их роль в секвестрации углекислого газа делает их решающими для погодных условий по всему миру, поддерживая оптимальную температуру и годовое количество осадков. Фотосинтез также выделяет кислород в качестве побочного продукта, и он потребляется всеми организмами для выделения химической энергии, хранящейся в углеводах.
Такие производители, как лишайники, важны как первопроходцы, изменяя абиотическую среду, чтобы сделать ее более обитаемой. Они ускоряют выветривание и усиливают отложение органических веществ, что приводит к образованию почвы.
Вместе с абиотические факторы производители играют решающую роль в определении видового разнообразия в регионе. Например, когда планктон является основным продуцентом, растительноядные, питающиеся фильтром, будут размножаться, после чего будут плотоядные животные, которые могут потреблять эти организмы. С другой стороны, регионы, в которых есть высокие деревья, в конечном итоге будут отдавать предпочтение травоядным животным, таким как жирафы, которые могут достигать более высоких ветвей, и затем выбирать для хищников, которые могут охотиться на этих быстрых животных. Таким образом, основной производитель лежит в основе всей экосистемы.
- ATP – Аденозинтрифосфат (АТФ) – это нуклеозидтрифосфат, содержащий две высокоэнергетические связи, который используется в качестве энергетической валюты клетки.
- Светозависимые реакции – Реакции, которые происходят на тилакоидных мембранах хлоропласт которые начинаются с фотоокисления хлорофилла и заканчиваются выделением молекулярного кислорода, восстановленных нуклеотидов и АТФ.
- Реакционные центры – Области в хлоропластах, где световая энергия фотона собирается с помощью цветного пигмента и обрабатывается для запуска других химических реакций, что в конечном итоге приводит к образованию восстановленных углеводов.
- RuBisCO – Фермент, присутствующий в хлоропластах, который катализирует реакцию между двуокисью углерода и пятиуглеродным сахаром, рибулозой бифосфатом. Это первый шаг в серии реакций, которые создают биодоступный углерод из газообразного диоксида углерода.
викторина
1. Назовите растение органеллы где происходит фотосинтез.A. Митохондрии B. хлоропластовC. ядроD. Клеточная мембрана
Ответ на вопрос № 1
В верно. Хлоропласты. Мембраны хлоропласта участвуют в фотосинтезе, однако мембрана растительная клетка Сам по себе не играет важной роли. Митохондрии являются сайтами для окисления углеводов, а не сокращения углекислого газа. Ядро является местом секвестрации генетического материала.
2. Кто из них является основным производителем?A. Бурые водорослиB. Цветущие растенияC. хемотрофных бактерии D. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 2
D верно. Все организмы являются первичными продуцентами. Цветущие растения и водоросли являются фототрофами. Хемотрофные бактерии используют энергию, выделяемую из неорганических реакций окисления / восстановления.
3. Фотосинтез включает в себя высвобождение электронов изA. Кислород в молекулах водыB. Углерод в молекулах глюкозыC. Углерод в углекислом газеD. Кислород в атмосфере
Ответ на вопрос № 3
верно. Кислород в молекулах воды. Фотосинтез можно описать как процесс, в котором вода окисляется с выделением газообразного кислорода, а диоксид углерода восстанавливается с образованием углевода. Когда углерод в глюкозе окисляется с помощью кислорода, это называется дыханием.