Siklus perputaran antara autotrof dan heterotrof. Fotosintesis adalah sarana utama untuk pertumbuhan alga dan banyak bakteri menghasilkan senyawa organik dan oksigen dari karbon dioksida dan air.().
Autotrof adalahorganisme yang menghasilkansenyawa organik kompleks (sepertikarbohidrat,lemak, danprotein) menggunakan karbon dari zat sederhana sepertikarbon dioksida,[1] Energi yang digunakan umumnya berasal dari cahaya (fotosintesis) atau reaksi kimia anorganik (kemosintesis).[2] Organisme ini mengubah sumber energiabiotik (misalnya cahaya) menjadi energi yang tersimpan dalam senyawa organik, yang dapat digunakan oleh organisme lain (misalnyaheterotrof).
Autotrof tidak membutuhkan sumberkarbon atau energi hidup dan merupakan produsen dalamrantai makanan, sepertitanaman di darat ataualga di air (berbeda dengan heterotrof sebagai konsumen autotrof atau heterotrof lainnya). Autotrof dapat mengurangi karbon dioksida dengan membuat senyawa organik untukbiosintesis dan sebagai bahan bakar kimia yang tersimpan. Kebanyakan autotrof menggunakanair sebagai zat pereduksi, tetapi beberapa dapat menggunakan senyawahidrogen lain sepertihidrogen sulfida.
Autotrof merupakan produsen utama yang dapat mengubah energi dalam cahaya (fototrof dan fotoautotrof) atau energi dalam senyawa kimia anorganik (kemotrof atau kemolitotrof) untuk membentukmolekul organik, yang biasanya terakumulasi dalam bentukbiomassa dan akan digunakan sebagai sumber karbon dan energi oleh organisme lain (misalnya heterotrof dan mixotrof). Fotoautotrof adalah produsen utama, mengubah energi cahaya menjadi energi kimia melalui fotosintesis, yang pada akhirnya membentuk molekul organik dari karbon dioksida, sumber karbon anorganik.[3] Contoh kemolitotrof adalah beberapa archaea dan bakteri (organisme uniseluler) yang menghasilkan biomassa dari oksidasi senyawa kimia anorganik, organisme ini disebut kemoautotrof, dan sering ditemukan di lubang hidrotermal di laut dalam. Produsen utama berada pada tingkat trofik terendah, dan merupakan alasan mengapa Bumi menopang kehidupan hingga saat ini.[4]
Sebagian besar kemoautotrof adalah litotrof, menggunakan donor elektron anorganik seperti hidrogen sulfida, gas hidrogen, unsur sulfur, amonium, dan oksida besi sebagai agen pereduksi dan sumber hidrogen untuk biosintesis dan pelepasan energi kimia. Autotrof menggunakan sebagianATP yang dihasilkan selama fotosintesis atau oksidasi senyawa kimia untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH untuk membentuk senyawa organik.[5]
Istilah autotrof diciptakan oleh ahli botani Jerman Albert Bernhard Frank pada tahun 1892.[6] Istilah Autotrof, yang berasal dari bahasa Yunaniautos (sendiri) dantrophe (memberi makan), dapat diartikan sebagai organisme yang menciptakan molekul organik dari bahan mentah anorganik yang mereka peroleh dari lingkungan. Mereka menggunakan karbon dioksida dari udara serta air dan mineral dari tanah untuk mendukung kebutuhan nutrisi.[7] Organisme autotrofik pertama berkembang sekitar 2 miliar tahun yang lalu.[8] Fotoautotrof berevolusi daribakteri heterotrofik dengan mengembangkan fotosintesis. Bakteri fotosintetik paling awal menggunakanhidrogen sulfida. Karena kelangkaan hidrogen sulfida, beberapa bakteri fotosintetik berevolusi untuk menggunakan air dalam fotosintesis, menyebabkan cyanobacteria.[9]
Fotoautotrof adalah organisme yang mampu memperoleh energi dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Proses ini memungkinkan mereka untuk memproduksi makanan sendiri dengan memanfaatkan karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) sebagai bahan baku, serta menghasilkan oksigen (O₂) sebagai produk sampingan. Organisme fotoautotrof memiliki pigmen hijau, seperti klorofil pada tumbuhan atau pigmen lain seperti cyanobacteria, yang berperan penting dalam menangkap energi cahaya.[10]
Ciri-Ciri dan Fungsi :
Penggunaan Energi Cahaya: Fotoautotrof unik karena mampu memanfaatkan energi cahaya, yang umumnya dianggap merusak, menjadi sumber energi yang berguna. Mereka mengubah energi matahari menjadi energi kimia yang tersimpan dalam bentuk gula atau molekul organik lain.
Keberagaman Pigmen: Organisme ini mengandung berbagai pigmen yang membantu menyerap cahaya matahari. Misalnya, cyanobacteria memiliki pigmen berwarna hijau kebiruan, sedangkan bakteri fotoautotrof lain memiliki warna yang beragam, mulai dari hijau, ungu, hingga biru tua. Warna-warna ini membantu menyerap cahaya pada berbagai panjang gelombang, sehingga meningkatkan efisiensi fotosintesis.
Peran Ekologis: Fotoautotrof berperan penting dalam rantai makanan sebagai produsen primer. Mereka menyediakan energi dan oksigen yang mendukung kehidupan makhluk lain, baik secara langsung maupun tidak langsung.
Habitat: Organisme fotoautotrof dapat ditemukan di berbagai lingkungan, seperti air tawar, lautan, atau tanah, terutama di tempat-tempat yang memiliki akses cahaya matahari.
Warna Sebagai Identitas: Pigmen yang berbeda memberikan warna khas pada fotoautotrof. Warna ini tidak hanya membantu menarik sinar matahari tetapi juga mempermudah identifikasi organisme.[10]
Bakteri fotoautotrof, seperti bakteri belerang ungu atau bakteri hijau, memiliki kemampuan unik untuk memanfaatkan sinar matahari. Mereka berbeda dari tumbuhan karena menggunakan pigmen yang berbeda dan sering kali mampu bertahan dalam kondisi ekstrem. Warna gelap pada bakteri ini meningkatkan kemampuan mereka untuk menangkap cahaya matahari, bahkan di lingkungan dengan intensitas cahaya rendah.[11]
Manfaat Fotoautotrof :
Produksi Oksigen: Fotoautotrof, seperti tumbuhan dan cyanobacteria, berkontribusi pada produksi oksigen di atmosfer, mendukung kehidupan di Bumi.
Dasar Rantai Makanan: Sebagai produsen primer, mereka menyediakan energi yang menjadi dasar ekosistem.
Pembersihan Lingkungan: Beberapa jenis bakteri fotoautotrof dapat digunakan dalam bioremediasi untuk membersihkan lingkungan dari polutan tertentu.
Kemoautotrof adalah bakteri yang memperoleh energi bukan dari sinar matahari, tetapi dari reaksi kimia. Organisme ini menggunakan energi kimia untuk mengonversi karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) menjadi karbohidrat dan gula, yang berfungsi sebagai sumber energi utama. Sebagai pelaku utama daur ulang karbon, kemoautotrof memiliki peran ekosistem yang sangat penting dalam mengubah karbon dioksida, yang merupakan limbah dari proses biologis lain, menjadi senyawa organik yang bermanfaat.[10]
Ciri-Ciri dan fungsi :
Penggunaan Energi Kimia: Energi yang digunakan oleh kemoautotrof dihasilkan dari reaksi oksidasi senyawa anorganik, seperti hidrogen sulfida, amonia, atau ion besi. Tidak seperti fotoautotrof yang bergantung pada sinar matahari, kemoautotrof memanfaatkan energi kimia untuk mendukung proses metabolisme mereka.
Lingkungan Ekstrem: Banyak kemoautotrof berkembang di lingkungan ekstrem seperti sumber air panas, dasar laut yang memiliki suhu tinggi, atau lingkungan dengan kandungan garam tinggi. Kemampuan ini membuat mereka unik dan mampu bertahan di habitat yang tidak dapat dihuni oleh organisme lain.
Daur Ulang Karbon: Dengan mengambil karbon dioksida dari atmosfer atau lingkungan, kemoautotrof mengubahnya menjadi senyawa organik yang dapat digunakan sebagai sumber energi. Ini menjadikan mereka pendaur ulang alami yang berperan penting dalam siklus karbon.
Pertumbuhan Cepat: Contohnya,Thiomicrospira crunogena memiliki waktu penggandaan hanya satu jam, yang menunjukkan kemampuan pertumbuhan cepat dalam kondisi tertentu, terutama di lingkungan dengan energi kimia berlimpah.
Toleransi Suhu Tinggi: Banyak kemoautotrof berkembang optimal pada suhu tinggi, seperti di lingkungan hidrotermal atau sumber air panas.
Spesialisasi Habitat: Salah satu jenis kemoautotrof yang menarik adalah halofil (halophiles), yang dapat hidup di lingkungan dengan kadar garam yang sangat tinggi, seperti Laut Mati. Halofil bertahan di lingkungan kaustik yang biasanya mematikan bagi sebagian besar organisme lain.[10]
Contoh Kemoautotrof dan Perannya antara lain :
Halofil: Organisme ini ditemukan di lingkungan berkadar garam tinggi, seperti Laut Mati. Mereka menggunakan energi kimia untuk bertahan hidup, menjadikannya objek penelitian yang menarik bagi ilmuwan.[12]
Bakteri Oksidasi Sulfur:Thiomicrospira crunogena adalah contoh bakteri oksidasi sulfur yang berkembang di lingkungan laut dalam. Mereka memainkan peran penting dalam rantai makanan ekosistem laut dalam, di mana sinar matahari tidak menjangkau.[13]
Bakteri Besi: Bakteri ini mengoksidasi besi di lingkungan kaya logam, berkontribusi pada siklusbiogeokimia besi.[14]
Manfaat dan Pentingnya Kemoautotrof
Pendaur Ulang Karbon: Dengan mengurangi karbon dioksida menjadi senyawa organik, mereka membantu mengurangi kadar gas rumah kaca di atmosfer.
Pemelihara Ekosistem Ekstrem: Di habitat ekstrem, kemoautotrof menjadi produsen primer yang menopang kehidupan organisme lain.
Aplikasi Bioteknologi: Kemampuan mereka untuk bertahan di lingkungan ekstrem membuat mereka menjadi target penelitian untuk eksplorasi luar angkasa atau pengelolaan lingkungan ekstrem di Bumi.[15]
Prosesfotosintesis menghasilkan produk primer (makanan/energi) dasar. Proses ini juga merupakan cara utama produsen utama mengambil energi dan memproduksi/melepaskannya ke tempat lain.Tanaman,karang, bakteri, danalga melakukan ini. Selama fotosintesis, produsen utama mengambil energi dari matahari dan mengubahnya menjadi energi,gula, danoksigen. Produsen primer juga membutuhkan energi untuk mengubah energi yang sama di tempat lain, sehingga mereka mendapatkannutrisi. Salah satu jenis nutrisi autotrof adalah nitrogen.[4][3]
Fotosintesis adalah proses biologis fundamental yang terjadi pada tumbuhan hijau, alga, dan beberapa jenis bakteri autotrof. Proses ini memungkinkan organisme tersebut mengubah komponen sederhana seperti karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) menjadi molekul makanan kompleks berenergi tinggi, seperti karbohidrat, menggunakan energi cahaya matahari.[16]
Penangkapan Energi Cahaya: Energi dari foton (unit cahaya) ditangkap oleh molekul pigmen seperti klorofil yang terdapat di kloroplas. Klorofil menyerap cahaya terutama pada panjang gelombang merah dan biru, sementara memantulkan cahaya hijau, sehingga tumbuhan tampak hijau.
Eksitasi Elektron: Foton yang diserap oleh molekul klorofil mengeksitasi elektron-elektron, membuatnya berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron ini kemudian bergerak melalui rantai transpor elektron, melepaskan energi yang digunakan dalam tahap berikutnya.
Produksi Energi Kimia: Energi yang dilepaskan dari elektron digunakan untuk menghasilkan molekul energi seperti ATP (adenosin trifosfat) dan NADPH (nikotinamida adenina dinukleotida fosfat), yang berfungsi sebagai sumber energi dalam sintesis molekul makanan.
Fiksasi Karbon: Dalam siklus Calvin, karbon dioksida direduksi menggunakan energi dari ATP dan NADPH untuk membentuk gula sederhana seperti glukosa. Reaksi ini berlangsung di stroma kloroplas dan tidak memerlukan cahaya langsung.[16]
Sumber Energi Utama: Fotosintesis adalah fondasi utama rantai makanan di Bumi, menyediakan energi kimia bagi hampir semua organisme.
Penghasil Oksigen: Proses ini menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan, yang penting untuk respirasi organisme aerobik.
Regulasi Karbon Dioksida: Dengan menyerap karbon dioksida dari atmosfer, fotosintesis membantu mengurangi konsentrasi gas rumah kaca, sehingga memengaruhi iklim global.
Menyediakan Bahan Baku: Karbohidrat yang dihasilkan oleh fotosintesis digunakan untuk membangun senyawa lain seperti lipid, protein, dan asam nukleat, yang esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan organisme.
Tanpaprodusen primer, organisme yang mampu menghasilkan energi sendiri, sistembiologis bumi tidak akan mampu menopang kehidupan.[3]Tumbuhan, bersama produsen primer lainnya, menghasilkan energi yang dikonsumsi makhluk hidup lain, dan oksigen yang mereka hirup.[3] Diperkirakan bahwa organisme pertama di Bumi adalah produsen utama yang terletak di dasar laut.[3]
Autotrof sangat penting untuk rantai makanan semuaekosistem di alam. Mereka mengambilenergi dari lingkungan dalam bentuksinar matahari atau bahankimia anorganik dan menggunakannya untuk membuat molekulbahan bakar sepertikarbohidrat. Mekanisme ini disebut produksi primer. Organisme lain, yang disebut heterotrof, mengambil autotrof sebagai makanan untuk menjalankan fungsi yang diperlukan untuk kehidupan mereka. Jadi,heterotrof yaitu semua jenishewan, hampir semua jenisjamur, serta sebagian besar bakteri danprotozoa – bergantung pada autotrof, atau produsen primer, untuk bahan mentah dan bahan bakar yang mereka butuhkan. Heterotrof memperoleh energi dengan memecah karbohidrat atau mengoksidasi molekul organik (karbohidrat, lemak, dan protein) yang diperoleh dari makanan. Organismekarnivora mengandalkan autotrof secara tidak langsung, karena nutrisi yang diperoleh dari mangsa heterotrof berasal dari autotrof yang telah mereka makan.
Sebagian besar ekosistem didukung oleh produksi primer tanaman autotrofik dancyanobacteria yang menangkap foton yang awalnya dilepaskan oleh matahari. Tumbuhan hanya dapat menggunakan sebagian kecil (sekitar 1%) dari energi ini untukfotosintesis.[17] Proses fotosintesis memecah molekul air (H2O), melepaskan oksigen (O2) ke atmosfer, dan mereduksi karbon dioksida (CO2) untuk melepaskan atom hidrogen yang menjadi bahan bakar proses metabolisme produksi primer. Tumbuhan mengubah dan menyimpanenergi foton menjadiikatan kimia gula sederhana selama fotosintesis. Gula tumbuhan inidipolimerisasi untuk disimpan sebagai karbohidrat rantai panjang, yaitu bentuk lain gula,pati, danselulosa;glukosa juga digunakan untuk membuatlemak danprotein. Ketika autotrof dimakan oleh heterotrof, yaitu konsumen seperti hewan, karbohidrat, lemak, dan protein yang terkandung di dalamnya menjadi sumber energi bagi heterotrof.[18] Protein dapat dibuat menggunakan nitrat, sulfat, dan fosfat dalam tanah.[19][20]
Para peneliti percaya bahwa bentukkehidupan seluler pertama bukanlah heterotrof karena mereka bergantung pada autotrof karena substratorganik yang dikirim dari luar angkasa terlalu heterogen untuk mendukung pertumbuhanmikroba atau terlalu tereduksi untukdifermentasi. Sebaliknya, mereka menganggap bahwa sel pertama adalah autotrof.[21] Autotrof ini mungkin termofilik dan anaerobik kemolitoautotrof yang hidup di ventilasi hidrotermal alkalin laut dalam. Mineral Catalytic Fe(Ni)S pada lingkungan ini terbukti mengkatalisasi bio-molekul seperti RNA.[22] Pandangan ini didukung oleh bukti filogenetik karena fisiologi dan habitatleluhur bersama universal terakhir (LUCA) disimpulkan juga merupakananaerob termofilik dengan jalur Wood-Ljungdahl,biokimia penuh dengan gugus FeS dan mekanisme reaksi radikal, dan bergantung pada Fe, H2, dan CO2.[21][23] Konsentrasi K+ yang tinggi terdapat di dalam sitosol pada sebagian besar bentuk kehidupan menunjukkan bahwa kehidupan seluler awal memiliki antiporter Na+/H+ atau mungkin simportir.[21] Autotrof mungkin berevolusi menjadi heterotrof ketika mereka berada pada tekanan parsial H2 rendah[24] dan fotosintesis muncul dengan adanya cahayapanas bumi dengan panjang gelombang yang tinggi pada lubanghidrotermal.[25]
Rantai makanan menggambarkan hubungan makan-memakan di alam liar, di mana organisme dikelompokkan ke dalam tingkat trofik berdasarkan peran mereka dalam aliran energi. Tingkat trofik pertama diisi oleh autotrof (produsen), seperti tumbuhan dan bakteri autotrofik, yang memproduksi energi dari sumber anorganik. Autotrof dimakan oleh herbivora (konsumen primer), organisme yang memakan tumbuhan, yang berada di tingkat trofik kedua. Selanjutnya, karnivora dan omnivora, yang memakan daging atau semua jenis organisme, menempati tingkat trofik ketiga sebagai konsumen sekunder. Contohnya, rumput di Pegunungan Rocky berfungsi sebagai autotrof, rusa bagal adalah herbivora yang memakannya, dan singa gunung sebagai karnivora memburu rusa bagal.[26]
Ketergantungan antar tingkat trofik menciptakan keseimbangan dalam ekosistem. Autotrof menjadi dasar rantai makanan; peningkatan jumlah mereka dapat mendukung populasi herbivora dan konsumen lainnya. Sebaliknya, penurunan autotrof, seperti akibat kebakaran hutan atau aktivitas manusia, dapat menghancurkan rantai makanan. Kehilangan autotrof memaksa herbivora seperti kelinci berpindah habitat atau mati karena kekurangan makanan. Akibatnya, karnivora seperti rubah yang bergantung pada herbivora juga kehilangan sumber makanan, memengaruhi kelangsungan hidup mereka. Hal ini menunjukkan pentingnya autotrof dalam menjaga stabilitas ekosistem.[27]
