اتوتروف ارگانیسمی است که می تواند منابع غیرزیست انرژی را به انرژی ذخیره شده در ترکیبات آلی تبدیل کند که می تواند توسط سایر موجودات استفاده شود . اتوتروف ها ترکیبات آلی پیچیده (مانند کربوهیدرات ها ، چربی ها و پروتئین ها ) را با استفاده از کربن از مواد ساده مانند دی اکسید کربن، [1] به طور کلی با استفاده از انرژی حاصل از نور یا واکنش های شیمیایی معدنی تولید می کنند . [2] اتوتروف ها به منبع زنده کربن یا انرژی نیاز ندارند و تولیدکنندگان زنجیره غذایی هستند، مانند گیاهان در خشکی یا جلبک ها در آب. اتوتروف ها می توانند دی اکسید کربن را برای ساخت ترکیبات آلی برای بیوسنتز و به عنوان سوخت شیمیایی ذخیره شده کاهش دهند . اکثر اتوتروف ها از آب به عنوان عامل کاهنده استفاده می کنند ، اما برخی می توانند از سایر ترکیبات هیدروژن مانند سولفید هیدروژن استفاده کنند .
تولیدکنندگان اولیه می توانند انرژی موجود در نور ( فتوتروف و فوتواتوتروف ) یا انرژی موجود در ترکیبات شیمیایی معدنی ( شیمی تروف ها یا کمولیتوتروف ها ) را برای ساخت مولکول های آلی تبدیل کنند که معمولاً به شکل زیست توده انباشته می شود و به عنوان منبع کربن و انرژی مورد استفاده قرار می گیرد. توسط موجودات دیگر (مانند هتروتروف ها و میکسوتروف ها ). فوتواتوتروف ها تولیدکنندگان اصلی اصلی هستند که انرژی نور را از طریق فتوسنتز به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند و در نهایت مولکول های آلی را از دی اکسید کربن ، یک منبع کربن معدنی ، می سازند . [3] نمونه‌هایی از کمولیتوتروف‌ها برخی از باستان‌ها و باکتری‌ها (جانداران تک سلولی) هستند که از اکسیداسیون ترکیبات شیمیایی معدنی، زیست توده تولید می‌کنند، این موجودات کمواتوتروف نامیده می‌شوند و اغلب در دریچه‌های گرمابی در اعماق اقیانوس یافت می‌شوند. تولیدکنندگان اولیه در پایین ترین سطح تغذیه ای قرار دارند و دلایلی هستند که زمین تا به امروز حیات را حفظ می کند. [4]
بیشتر شیمیواتوتروف ها لیتوتروف هستند و از اهداکنندگان الکترون غیرآلی مانند سولفید هیدروژن، گاز هیدروژن ، گوگرد عنصری ، آمونیوم و اکسید آهن به عنوان عوامل کاهنده و منابع هیدروژن برای بیوسنتز و آزادسازی انرژی شیمیایی استفاده می کنند. اتوتروف ها از بخشی از ATP تولید شده در طی فتوسنتز یا اکسیداسیون ترکیبات شیمیایی برای کاهش NADP + به NADPH برای تشکیل ترکیبات آلی استفاده می کنند. [5]
واژه اتوتروف توسط گیاه شناس آلمانی آلبرت برنهارد فرانک در سال 1892 ابداع شد . اولین ارگانیسم‌های اتوتروف احتمالاً در اوایل آرکئن تکامل یافته‌اند، اما در رویداد بزرگ اکسیداسیون زمین با افزایش سرعت فتوسنتز اکسیژنی توسط سیانوباکتری‌ها تکثیر شده‌اند . [8] فوتو اتوتروف ها از باکتری های هتروتروف با توسعه فتوسنتز تکامل یافته اند . اولین باکتری های فتوسنتزی از سولفید هیدروژن استفاده می کردند . به دلیل کمبود سولفید هیدروژن، برخی از باکتری‌های فتوسنتزی تکامل یافته و از آب در فتوسنتز استفاده می‌کنند که منجر به سیانوباکتری می‌شود . [9]
برخی از موجودات به ترکیبات آلی به عنوان منبع کربن متکی هستند ، اما می توانند از ترکیبات نور یا غیر آلی به عنوان منبع انرژی استفاده کنند. این گونه موجودات میکسوتروف هستند . ارگانیسمی که کربن را از ترکیبات آلی به دست می آورد اما انرژی را از نور دریافت می کند فتوهتروتروف نامیده می شود ، در حالی که موجودی که کربن را از ترکیبات آلی و انرژی را از اکسیداسیون ترکیبات معدنی به دست می آورد، کمولیتوهتروتروف نامیده می شود .
شواهد حاکی از آن است که برخی از قارچ‌ها ممکن است از پرتوهای یونیزان نیز انرژی دریافت کنند : چنین قارچ‌های رادیوتروف در داخل یک راکتور نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل رشد می‌کنند . [10]
انواع مختلفی از اتوتروف ها در اکوسیستم های زمین وجود دارد. گلسنگ های واقع در آب و هوای تندرا نمونه ای استثنایی از یک تولید کننده اولیه هستند که با همزیستی متقابل، فتوسنتز توسط جلبک ها (یا تثبیت نیتروژن اضافی توسط سیانوباکتری ها) را با محافظت از یک قارچ تجزیه کننده ترکیب می کند . همچنین، تولیدکنندگان اولیه گیاه مانند (درختان، جلبک ها) از خورشید به عنوان نوعی انرژی استفاده می کنند و آن را برای سایر موجودات در هوا قرار می دهند. [3] البته تولیدکنندگان اولیه H 2 O، از جمله نوعی باکتری و فیتوپلانکتون وجود دارد . همانطور که نمونه‌های زیادی از تولیدکنندگان اولیه وجود دارد، دو نوع غالب مرجانی و یکی از انواع جلبک‌های قهوه‌ای، کلپ است. [3]
تولید اولیه ناخالص با فتوسنتز اتفاق می افتد. همچنین این روش اصلی است که تولیدکنندگان اولیه انرژی را می گیرند و آن را در جای دیگری تولید/آزاد می کنند. گیاهان، مرجان ها، باکتری ها و جلبک ها این کار را انجام می دهند. در طول فتوسنتز، تولیدکنندگان اولیه انرژی را از خورشید می گیرند و آن را به انرژی، قند و اکسیژن تبدیل می کنند. تولیدکنندگان اولیه نیز برای تبدیل همین انرژی در جاهای دیگر به انرژی نیاز دارند، بنابراین آن را از مواد مغذی دریافت می کنند. یکی از انواع مواد مغذی نیتروژن است. [4] [3]
بدون تولیدکنندگان اولیه، موجوداتی که قادر به تولید انرژی به تنهایی هستند، سیستم های بیولوژیکی زمین قادر به حفظ خود نیستند. [3] گیاهان، همراه با سایر تولیدکنندگان اولیه، انرژی مصرفی موجودات زنده و اکسیژنی را که تنفس می کنند تولید می کنند. [3] تصور می‌شود که اولین موجودات روی زمین تولیدکنندگان اولیه بودند که در کف اقیانوس قرار داشتند. [3]
اتوتروف ها برای زنجیره های غذایی همه اکوسیستم های جهان ضروری هستند. آنها انرژی را به صورت نور خورشید یا مواد شیمیایی معدنی از محیط می گیرند و از آن برای ایجاد مولکول های سوختی مانند کربوهیدرات ها استفاده می کنند. این مکانیسم تولید اولیه نامیده می شود . موجودات دیگری که هتروتروف نامیده می شوند، اتوتروف ها را به عنوان غذا می گیرند تا عملکردهای لازم برای زندگی خود را انجام دهند. بنابراین، هتروتروف ها - همه حیوانات ، تقریباً همه قارچ ها ، و همچنین بیشتر باکتری ها و تک یاخته ها - برای مواد خام و سوخت مورد نیازشان به اتوتروف ها یا تولیدکنندگان اولیه وابسته هستند. هتروتروف ها با تجزیه کربوهیدرات ها یا اکسید کردن مولکول های آلی (کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین ها) به دست آمده در غذا انرژی به دست می آورند. موجودات گوشتخوار به طور غیرمستقیم به اتوتروف ها متکی هستند، زیرا مواد مغذی به دست آمده از طعمه هتروتروف آنها از اتوتروف هایی است که مصرف کرده اند.
اکثر اکوسیستم ها توسط تولید اولیه اتوتروف گیاهان و سیانوباکتری ها پشتیبانی می شوند که فوتون هایی را که در ابتدا توسط خورشید آزاد می شوند جذب می کنند . گیاهان فقط می توانند کسری (تقریباً 1٪) از این انرژی را برای فتوسنتز استفاده کنند . [11] فرآیند فتوسنتز یک مولکول آب (H 2 O ) را شکافته و اکسیژن (O 2 ) را در اتمسفر آزاد می کند و دی اکسید کربن (CO 2 ) را کاهش می دهد تا اتم های هیدروژن آزاد شود که فرآیند متابولیک تولید اولیه را تأمین می کند . گیاهان در طول فتوسنتز انرژی فوتون را به پیوندهای شیمیایی قندهای ساده تبدیل و ذخیره می کنند . این قندهای گیاهی برای نگهداری به عنوان کربوهیدرات های با زنجیره بلند ، از جمله قندهای دیگر، نشاسته و سلولز، پلیمریزه می شوند. گلوکز همچنین برای ساخت چربی ها و پروتئین ها استفاده می شود . هنگامی که اتوتروف ها توسط هتروتروف ها خورده می شوند ، یعنی مصرف کنندگانی مانند حیوانات، کربوهیدرات ها ، چربی ها و پروتئین های موجود در آنها به منابع انرژی برای هتروتروف ها تبدیل می شوند . [12] پروتئین ها را می توان با استفاده از نیترات ها ، سولفات ها و فسفات ها در خاک ساخت. [13] [14]
جلبک های آبزی نقش مهمی در ایجاد شبکه های غذایی در رودخانه ها و نهرهای گرمسیری دارند. این با تولید اولیه خالص نمایش داده می شود، یک فرآیند اکولوژیکی اساسی که منعکس کننده مقدار کربنی است که در یک اکوسیستم سنتز می شود. این کربن در نهایت در دسترس مصرف کنندگان قرار می گیرد. خالص تولید اولیه نشان می دهد که نرخ تولید اولیه درون جریان در مناطق گرمسیری حداقل یک مرتبه بزرگتر از سیستم های معتدل مشابه است. [15]
محققان بر این باورند که اولین شکل‌های حیات سلولی هتروتروف نبودند، زیرا بر اتوتروف‌ها تکیه می‌کردند، زیرا بسترهای آلی تحویل‌گرفته شده از فضا یا برای حمایت از رشد میکروبی بسیار ناهمگن بودند یا برای تخمیر بسیار کاهش یافته بودند. در عوض، آنها معتقدند که اولین سلول ها اتوتروف بودند. [16] این اتوتروف ها ممکن است کمولیتواتوتروف های گرمادوست و بی هوازی بوده باشند که در دریچه های هیدروترمال قلیایی اعماق دریا زندگی می کردند. نشان داده شده است که کانی های کاتالیزوری Fe(Ni)S در این محیط ها مولکول های زیستی مانند RNA را کاتالیز می کنند. [17] این دیدگاه توسط شواهد فیلوژنتیک پشتیبانی می شود زیرا فیزیولوژی و زیستگاه آخرین جد مشترک جهانی (LUCA) نیز یک بی هوازی گرمادوست با مسیر Wood-Ljungdahl بوده است، بیوشیمی آن مملو از خوشه های FeS و واکنش رادیکال بود. مکانیسم ها این وابسته به Fe، H 2 و CO 2 بود . [16] [18] غلظت بالای K + موجود در سیتوزول اکثر اشکال حیات نشان می‌دهد که حیات سلولی اولیه دارای ضد انتقال‌دهنده Na + /H + یا احتمالاً نشانه‌هایی است. [19] اتوتروف ها احتمالاً زمانی به هتروتروف تبدیل شدند که در فشارهای جزئی H2 پایین بودند ، جایی که اولین شکل هتروتروفی احتمالاً اسید آمینه و تخمیر پورین نوع کلستریدیایی بود [20] و فتوسنتز در حضور نور زمین گرمایی با طول موج بلند منتشر شده توسط هیدروتر پدید آمد. دریچه ها اولین رنگدانه های فعال فتوشیمیایی استنباط می شود که Zn-tetrapyrroles هستند. [21]
{{cite book}}: CS1 maint: مکان ناشر موجود نیست ( پیوند ){{cite book}}: CS1 maint: نام های متعدد: لیست نویسندگان ( پیوند ) CS1 maint: نام های عددی: لیست نویسندگان ( پیوند )