Продуценты

Лес в Южной Америке.

Продуце́нты (лат.  producentis — производящий, создающий) — автотрофные организмы, которые синтезируют органические вещества из неорганических с помощью фотосинтеза или хемосинтеза.

Они занимают первый трофический уровень в экосистемах и являются основным источником пищи для других организмов. Основные продуценты в водных и наземных экосистемах — это зелёные растения, которые ассимилируют углекислый газ (CO₂).

Автотрофные организмы

Автотрофные организмы синтезируют органические вещества из неорганических, что делает их незаменимыми в природе. Они включают:

1. Высшие растения. Большинство высших растений (за исключением паразитных) являются фотосинтетиками. Они используют солнечную энергию для синтеза органических веществ из углекислого газа и воды.
2. Водоросли. Водоросли также содержат хлорофилл и участвуют в фотосинтезе.
3. Автотрофные бактерии: Эти бактерии делятся на фотосинтетиков и хемосинтетиков.
   • Фотосинтетики: некоторые бактерии, такие как пурпурные серобактерии, способны к фотосинтезу, используя сероводород вместо воды в качестве источника водорода.
   • Хемосинтетики: бактерии, такие как Nitrosomonas и Nitrobacter, синтезируют органические вещества из минеральных соединений, используя энергию химических реакций. Например, они окисляют аммиак до солей азотистой и азотной кислот, используя освобождающуюся энергию для построения своих клеток.

Типы продуцентов

Фототрофы (или фотоавтотрофы)

Цветение цианобактерий ("сине-зеленых водорослей")

Фототрофы — организмы, которые используют энергию солнечного света для преобразования углекислого газа и воды в органические вещества. Этот процесс, известный как фотосинтез, позволяет растениям, водорослям и некоторым бактериям синтезировать органические вещества из углекислого газа и воды. В дальнейшем энергия химических связей, содержащихся в органических веществах, высвобождается в процессе дыхания и используется для поддержания метаболизма.

К фототрофам относятся:

• Зелёные растения;
• Водоросли;
• Цианобактерии.

Хемоавтотрофы

Черный курильщик на срединно-океаническом хребте (Атлантика)

Хемоавтотрофы осуществляют процесс синтеза органических веществ, используя в качестве источника энергии неорганические реакции окисления и восстановления. Эти микроорганизмы, как правило, имеют микроскопические размеры и обитают в условиях, характеризующихся недостатком воды и света, таких как глубоководные гидротермальные источники или почвы.

К числу примеров хемоавтотрофов относятся:

• Nitrosomonas и Nitrobacter — бактерии, которые окисляют аммиак до солей азотистой и азотной кислот, используя полученную энергию для синтеза собственных клеток.
• Железобактерии — микроорганизмы, использующие энергию окисления закисных форм железа.
• Серобактерии — бактерии, окисляющие сероводород до солей серной кислоты. Некоторые виды серобактерий, такие как пурпурные серобактерии, способны к фоторедукции, используя сероводород в качестве источника водорода для восстановления углекислого газа.

Оба типа первичных производителей необходимы для поддержания биоразнообразия и круговорота веществ в природе.

Пищевая цепь

 → Пищевая цепь

Уровни пищевой цепи

Пищевые цепи (трофические цепи) представляют собой сложные взаимосвязи между биологическими видами внутри экосистемы, посредством которых осуществляется трансформация материи и энергии. В начале пастбищной пищевой цепи находятся продуценты.

Эти взаимодействия характеризуются отношениями «пища — потребитель», при этом значительная доля потенциальной энергии (до 80-90 %) рассеивается в форме теплоты на каждом трофическом уровне. Вследствие этого количество звеньев в трофической цепи ограничено, обычно составляя 4—5 уровней, а продуктивность конечного звена существенно снижается по сравнению с начальными звеньями.

В природных условиях пищевые связи чаще всего организованы в виде трофических сетей, где отдельные виды могут быть источником пищи для множества других видов.

Роль в круговороте веществ

Продуценты, или автотрофные организмы, играют ключевую роль в поддержании экологического баланса и обеспечении жизнедеятельности всех экосистем. Эти организмы, такие как растения, водоросли и некоторые бактерии, используют фотосинтез для преобразования солнечной энергии в химическую, которая затем запасается в виде углеводов. В процессе фотосинтеза продуценты поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который необходим для дыхания всех аэробных организмов.

Продуценты находятся на первом трофическом уровне и служат основой пищевых цепей, обеспечивая пищей травоядных животных (консументов первого порядка). Эти травоядные, в свою очередь, становятся пищей для хищников (консументов второго и третьего порядка), создавая сложные пищевые цепи и сети.

Продуценты также оказывают значительное влияние на климат, поглощая значительное количество углекислого газа и способствуя поддержанию баланса парниковых газов и стабилизации температуры на планете. Кроме того, они способствуют формированию почвы, улучшая её структуру и плодородие.

Тип доминирующих продуцентов в экосистеме влияет на видовой состав животных, создавая условия для развития определённых видов. Например, в морских экосистемах, где доминирует фитопланктон, будут преобладать фильтраторы и их хищники. В лесных экосистемах с высокими деревьями будут обитать животные, адаптированные к жизни на деревьях, такие как жирафы и обезьяны, а также хищники, охотящиеся на них.

Продуценты предоставляют множество экосистемных услуг, таких как очистка воды, предотвращение эрозии почвы, создание среды обитания для других организмов и обеспечение ресурсов для человека. Без продуцентов невозможно было бы существование сложных биологических сообществ и поддержание глобального экологического баланса.

Продуктивность биосферы

Продуценты играют ключевую роль в поддержании жизни на Земле, обеспечивая основу для всех пищевых цепей.

Суша

Современная биомасса Земли составляет примерно 1,841×10¹² тонн (в пересчете на сухое вещество), из которых на биомассу суши приходится около 1,837×10¹² тонн. Это связано с более высокой эффективностью фотосинтеза на суше по сравнению с океаном: использование лучистой энергии Солнца на суше составляет 0,1 %, тогда как в океане — 0,04 %.

Зеленые растения составляют 99 % биомассы суши, в то время как животные и микроорганизмы составляют лишь 1 %. Биомасса на суше распределена неравномерно и возрастает от полюсов к экватору, что также сопровождается увеличением видового разнообразия.

Вклад континентов в первичную продукцию суши

Вклад разных континентов в общую первичную продукцию суши примерно следующий:

• Европа – 6 %
• Азия – 28 %
• Африка – 22 %
• Северная Америка – 13 %
• Южная Америка – 26 %
• Австралия с островами Океании – 5 %

Продуктивность растений в расчете на 1 га составляет (в процентах от средней по всем континентам):

• Европа – 89 %
• Азия – 103 %
• Африка – 108 %
• Северная Америка – 86 %
• Южная Америка – 220 %
• Австралия – 90 %.

Наиболее продуктивны экосистемы тропических лесов, затем следуют обрабатываемые земли, степи и луга, пустыни, полярные зоны.

Мировой океан

Биомасса Мирового океана составляет около 3,9×10⁹ тонн, что почти в 1000 раз меньше, чем биомасса суши, хотя океан занимает 72,2 % всей поверхности Земли. Однако удельная продуктивность океанических биоценозов настолько высока, что фитомасса океанов создает ежегодно чистую продукцию, сопоставимую с таковой на суше. В океанах ежегодно образуется 5,5×10¹⁰ тонн растительной массы, что составляет примерно третью часть общей биомассы, продуцируемой на планете.

Примечания

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Продуценты», расположенная по следующим адресам: — «https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Продуценты» — «https://znanierussia.ru/articles/Продуценты» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».