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

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.