Un autótrofo es un organismo que produce compuestos orgánicos complejos (como carbohidratos , grasas y proteínas ) utilizando carbono a partir de sustancias simples como el dióxido de carbono , [1] utilizando generalmente energía procedente de la luz ( fotosíntesis ) o reacciones químicas inorgánicas ( quimiosíntesis ). [2] Convierten una fuente abiótica de energía (por ejemplo, la luz) en energía almacenada en compuestos orgánicos , que pueden ser utilizados por otros organismos (por ejemplo, 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 (a diferencia de 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 utilizan agua como agente reductor , pero algunos pueden utilizar 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 de compuestos químicos inorgánicos ( quimiotrofos o quimiolitotrofos ) para construir moléculas orgánicas , que normalmente se acumulan en forma de biomasa y serán utilizadas como fuente de carbono y energía. por otros organismos (por ejemplo, heterótrofos y mixótrofos ). Los fotoautótrofos son los principales productores primarios, 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 . [3] 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 llaman quimioautótrofos , y se encuentran frecuentemente 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. [4]
La mayoría de los quimioautótrofos son litotrofos y utilizan donadores 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 utilizan una parte del ATP producido durante la fotosíntesis o la oxidación de compuestos químicos para reducir NADP + a NADPH para formar compuestos orgánicos. [5]
El término autótrofo fue acuñado por el botánico alemán Albert Bernhard Frank en 1892. [6] [ se necesita fuente no primaria ] Proviene de la antigua palabra griega τροφή ( trophḗ ), que significa "alimento" o "alimento". Los primeros organismos autótrofos probablemente evolucionaron temprano en el Arcaico, pero proliferaron durante el Gran Evento de Oxidación de la Tierra con un aumento en la tasa de fotosíntesis oxigénica por parte de las cianobacterias . [7] Los fotoautótrofos evolucionaron a partir de bacterias heterótrofas mediante el desarrollo de la fotosíntesis . Las primeras bacterias fotosintéticas utilizaban sulfuro de hidrógeno . Debido a la escasez de sulfuro de hidrógeno, algunas bacterias fotosintéticas evolucionaron para utilizar agua en la fotosíntesis, dando lugar a las cianobacterias . [8]
Algunos organismos dependen de compuestos orgánicos como fuente de carbono , pero pueden utilizar compuestos ligeros o inorgánicos como fuente de energía. Estos organismos son mixótrofos . Un organismo que obtiene carbono de compuestos orgánicos pero obtiene energía de la luz se llama 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 : estos hongos radiotróficos se encontraron creciendo dentro de un reactor de la planta de energía nuclear de Chernobyl . [9]
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 productor primario que, por simbiosis mutualista, combina la fotosíntesis por algas (o adicionalmente la fijación de nitrógeno por cianobacterias) con la protección de un hongo descomponedor . Además, los productores primarios de origen vegetal (árboles, algas) utilizan el sol como forma de energía y la liberan al aire para otros organismos. [3] Por supuesto, existen productores primarios de H 2 O, incluida una forma de bacterias, y fitoplancton . Como hay muchos ejemplos de productores primarios, dos tipos dominantes son los corales y uno de los muchos tipos de algas pardas, las algas marinas. [3]
La producción primaria bruta se produce por la fotosíntesis. Esta es también la forma principal en que los productores primarios toman energía y la producen/liberan en otro lugar. Las plantas, los corales, 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. [4] [3]
Sin productores primarios, organismos capaces de producir energía por sí solos, los sistemas biológicos de la Tierra serían incapaces de sustentarse por sí mismos. [3] Las plantas, junto con otros productores primarios, producen la energía que consumen otros seres vivos y el oxígeno que respiran. [3] Se cree que los primeros organismos en la Tierra fueron productores primarios ubicados en el fondo del océano. [3]
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 sustancias químicas inorgánicas 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 realizar funciones necesarias para su vida. Así, los heterótrofos –todos los animales , casi todos los hongos , así como la mayoría de las bacterias y protozoos– dependen de los autótrofos, o productores primarios , para obtener las materias primas y el combustible que necesitan. Los heterótrofos obtienen energía descomponiendo los carbohidratos u oxidando moléculas orgánicas (carbohidratos, grasas y proteínas) obtenidas en los alimentos. Los organismos carnívoros dependen indirectamente de los autótrofos, ya que los nutrientes obtenidos 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 sólo pueden utilizar una fracción (aproximadamente el 1%) de esta energía para la fotosíntesis . [10] El proceso de fotosíntesis divide una molécula de agua (H 2 O), liberando oxígeno (O 2 ) a la atmósfera y reduciendo el dióxido de carbono (CO 2 ) para liberar los átomos de hidrógeno que alimentan el proceso metabólico de 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 utiliza para producir grasas y proteínas . Cuando los heterótrofos , es decir, consumidores como los animales, comen autótrofos , los carbohidratos , grasas y proteínas que contienen se convierten en fuentes de energía para los heterótrofos . [11] Las proteínas se pueden producir utilizando nitratos , sulfatos y fosfatos en el suelo. [12] [13]
Las algas acuáticas contribuyen de manera importante a las redes alimentarias en 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 llega a estar 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 en sistemas templados similares. [14]
Los investigadores creen que las primeras formas de vida celulares no eran heterótrofas, ya que dependían de autótrofas, ya que los sustratos orgánicos que llegaban desde el espacio eran demasiado heterogéneos para soportar el crecimiento microbiano o demasiado reducidos para ser fermentados. En cambio, consideran que las primeras células fueron autótrofas. [15] Estos autótrofos podrían haber sido quimiolitoautótrofos termófilos y anaeróbicos que vivían en respiraderos hidrotermales alcalinos de aguas profundas. Se ha demostrado que los minerales catalíticos de Fe (Ni) S en estos entornos catalizan biomoléculas como el ARN. [16] Esta opinión está respaldada por evidencia filogenética, ya que se infirió que la fisiología y el hábitat del último ancestro común universal (LUCA) también fueron un anaerobio termófilo con una vía de Wood-Ljungdahl, su bioquímica estaba repleta de grupos de FeS y reacciones radicales. mecanismos, y dependía de Fe, H 2 y CO 2 . [15] [17] La alta concentración de K + presente en el citosol de la mayoría de las formas de vida sugiere que la vida celular temprana tenía antiportadores o posiblemente simportadores de Na + /H + . [18] Los autótrofos posiblemente evolucionaron a heterótrofos cuando estaban a bajas presiones parciales de H 2 donde la primera forma de heterotrofia fue probablemente fermentaciones de purinas de tipo clostridial y de aminoácidos [19] y la fotosíntesis surgió en presencia de luz geotérmica de longitud de onda larga emitida por fuentes hidrotermales. respiraderos. Se supone que los primeros pigmentos fotoquímicamente activos son los tetrapirrol de Zn. [20]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )