Autotrof

Autotrof adalah organisme yang menghasilkan senyawa organik kompleks (seperti karbohidrat, lemak, dan protein) menggunakan karbon dari zat sederhana seperti karbon dioksida, umumnya menggunakan energi dari cahaya (fotosintesis) atau reaksi kimia anorganik (kemosintesis). Organisme ini mengubah sumber energi abiotik (misalnya cahaya) menjadi energi yang tersimpan dalam senyawa organik, yang dapat digunakan oleh organisme lain (misalnya heterotrof). Autotrof tidak membutuhkan sumber karbon atau energi hidup dan merupakan produsen dalam rantai makanan, seperti tanaman di darat atau alga di air (berbeda dengan heterotrof sebagai konsumen autotrof atau heterotrof lainnya). Autotrof dapat mengurangi karbon dioksida untuk membuat senyawa organik untuk biosintesis dan sebagai bahan bakar kimia yang tersimpan. Kebanyakan autotrof menggunakan air sebagai zat pereduksi, tetapi beberapa dapat menggunakan senyawa hidrogen lain seperti hidrogen sulfida.

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.(panah hijau).

Autotrof merupakan produsen utama dapat mengubah energi dalam cahaya (fototrof dan fotoautotrof) atau energi dalam senyawa kimia anorganik (kemotrof atau kemolitotrof) untuk membentuk molekul organik, yang biasanya terakumulasi dalam bentuk biomassa 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. 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.

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 sebagian ATP yang dihasilkan selama fotosintesis atau oksidasi senyawa kimia untuk mereduksi NADP⁺ menjadi NADPH untuk membentuk senyawa organik.

Sejarah

Istilah autotrof diciptakan oleh ahli botani Jerman Albert Bernhard Frank pada tahun 1892. Istilah ini berasal dari kata Yunani kuno τροφή (trophḗ), yang berarti "nutrisi" atau "makanan". Organisme autotrofik pertama berkembang sekitar 2 miliar tahun yang lalu. Fotoautotrof berevolusi dari bakteri heterotrofik dengan mengembangkan fotosintesis. Bakteri fotosintetik paling awal menggunakan hidrogen sulfida. Karena kelangkaan hidrogen sulfida, beberapa bakteri fotosintetik berevolusi untuk menggunakan air dalam fotosintesis, menyebabkan cyanobacteria.

Jenis Autotrof

Organisme autotrof dibedakan menjadi dua tipe.

a) Fotoautotrof adalah organisme yang dapat menggunakan sumber energi cahaya untuk mengubah bahan anorganik menjadi bahan organik. Contohnya tumbuhan hijau, bakteri ungu, dan bakteri hijau. Proses fotosintesis pada bakteri dilakukan secara anaerobik dan tidak menghasilkan oksigen.

b) Kemoautotrof adalah organisme yang dapat memanfaatkan energi dari reaksi kimia untuk membuat makanan sendiri dari bahan organik. Contohnya bakteri besi, bakteri belerang, dan bakteri nitrogen. Bakteri kemoautotrof menggunakan energi kimia dari oksidasi molekul organik untuk menyusun makanannya. Molekul organik yang dapat digunakan oleh bakteri kemoautotrof adalah senyawa nitrogen, belerang, dan besi, atau dari oksidasi gas hidrogen. Dalam prosesnya bakteri ini membutuhkan oksigen.

Fotosintesis

Proses fotosintesis menghasilkan produk primer (makanan/enegri) dasar. Proses ini juga merupakan cara utama produsen utama mengambil energi dan memproduksi/melepaskannya ke tempat lain. Tanaman, karang, bakteri, dan alga melakukan ini. Selama fotosintesis, produsen utama mengambil energi dari matahari dan mengubahnya menjadi energi, gula, dan oksigen. Produsen primer juga membutuhkan energi untuk mengubah energi yang sama di tempat lain, sehingga mereka mendapatkan nutrisi. Salah satu jenis nutrisi autotrof adalah nitrogen.

Ekologi

Contoh fotoautotrof - Daun hijau dari pakis rambut gadis

Tanpa produsen primer, organisme yang mampu menghasilkan energi sendiri, sistem biologis Bumi tidak akan mampu menopang kehidupan. Tumbuhan, bersama produsen primer lainnya, menghasilkan energi yang dikonsumsi makhluk hidup lain, dan oksigen yang mereka hirup. Diperkirakan bahwa organisme pertama di Bumi adalah produsen utama yang terletak di dasar laut.

Autotrof sangat penting untuk rantai makanan semua ekosistem di alam. Mereka mengambil energi dari lingkungan dalam bentuk sinar matahari atau bahan kimia anorganik dan menggunakannya untuk membuat molekul bahan bakar seperti karbohidrat. 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 jenis hewan, hampir semua jenis jamur, serta sebagian besar bakteri dan protozoa – 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. Organisme karnivora mengandalkan autotrof secara tidak langsung, karena nutrisi yang diperoleh dari mangsa heterotrofik berasal dari autotrof yang telah mereka makan.

Sebagian besar ekosistem didukung oleh produksi primer tanaman autotrofik dan cyanobacteria yang menangkap foton yang awalnya dilepaskan oleh matahari. Tumbuhan hanya dapat menggunakan sebagian kecil (sekitar 1%) dari energi ini untuk fotosintesis. 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 menyimpan energi foton menjadi ikatan kimia gula sederhana selama fotosintesis. Gula tumbuhan ini dipolimerisasi untuk disimpan sebagai karbohidrat rantai panjang, yaitu bentuk lain gula, pati, dan selulosa; glukosa juga digunakan untuk membuat lemak dan protein. Ketika autotrof dimakan oleh heterotrof, yaitu konsumen seperti hewan, karbohidrat, lemak, dan protein yang terkandung di dalamnya menjadi sumber energi bagi heterotrof. Protein dapat dibuat menggunakan nitrat, sulfat, dan fosfat dalam tanah.

Asal mula autotrof

Para peneliti percaya bahwa bentuk kehidupan seluler pertama bukanlah heterotrof karena mereka bergantung pada autotrof karena substrat organik yang dikirim dari luar angkasa terlalu heterogen untuk mendukung pertumbuhan mikroba atau terlalu tereduksi untuk difermentasi. Sebaliknya, mereka menganggap bahwa sel pertama adalah autotrof. 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 biomolekul seperti RNA. Pandangan ini didukung oleh bukti filogenetik karena fisiologi dan habitat leluhur bersama universal terakhir (LUCA) disimpulkan juga merupakan anaerob termofilik dengan jalur Wood-Ljungdahl, biokimia penuh dengan gugus FeS dan mekanisme reaksi radikal, dan bergantung pada Fe, H₂, dan CO₂. 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. Autotrof mungkin berevolusi menjadi heterotrof ketika mereka berada pada tekanan parsial H₂ rendah dan fotosintesis muncul dengan adanya cahaya panas bumi dengan panjang gelombang yang tinggi pada lubang hidrotermal.

Lihat pula

• Kelompok nutrisi utama
• Elektrolitoautotrof
• Elektrotrof
• Nutrisi heterotrofik
• Organotrof

Referensi

1. Morris, J. et al. (2019). "Biology: How Life Works", 3rd edition, W. H. Freeman. ISBN 978-1319017637
2. Chang, Kenneth (12 September 2016). "Visions of Life on Mars in Earth's Depths". The New York Times. Diakses tanggal 12 September 2016. 
3. "What Are Primary Producers?". Sciencing (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2018-02-08. 
4. Post, David M (2002). "Using Stable Isotopes to Estimate Trophic Position: Models, Methods, and Assumptions". Ecology. 83 (3): 703–718. doi:10.1890/0012-9658(2002)083[0703:USITET]2.0.CO;2. 
5. Mauseth, James D. (2008). Botany: An Introduction to Plant Biology (edisi ke-4). Jones & Bartlett Publishers. hlm. 252. ISBN 978-0-7637-5345-0. 
6. Frank, Albert Bernard (1892–93). Lehrbuch der Botanik (dalam bahasa Jerman). Leipzig: W. Engelmann. 
7. "Bacteria Knowledge". eni school energy & environment. Diakses tanggal 3 May 2019. 
8. Townsend, Rich (13 October 2019). "The Evolution of Autotrophs". University of Wisconsin-Madison Department of Astronomy. Diakses tanggal 3 May 2019. 
9. Schurr, Sam H. (19 January 2011). Energy, Economic Growth, and the Environment. New York. ISBN 9781617260209. OCLC 868970980. 
10. Beckett, Brian S. (1981). Illustrated Human and Social Biology. Oxford University Press. hlm. 38. ISBN 978-0-19-914065-7. 
11. Odum, Eugene P. (Eugene Pleasants), 1913-2002. (2005). Fundamentals of ecology. Barrett, Gary W. (edisi ke-5th). Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole. hlm. 598. ISBN 0-534-42066-4. OCLC 56476957. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
12. Smith, Gilbert M. (2007). A Textbook of General Botany. Read Books. hlm. 148. ISBN 978-1-4067-7315-6. 
13. Weiss, Madeline C.; Preiner, Martina; Xavier, Joana C.; Zimorski, Verena; Martin, William F. (2018-08-16). "The last universal common ancestor between ancient Earth chemistry and the onset of genetics". PLOS Genetics. 14 (8): e1007518. doi:10.1371/journal.pgen.1007518. ISSN 1553-7390. PMC 6095482 . PMID 30114187. 
14. Martin, William; Russell, Michael J (2007-10-29). "On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 362 (1486): 1887–1926. doi:10.1098/rstb.2006.1881. ISSN 0962-8436. PMC 2442388 . PMID 17255002. 
15. Stetter, Karl O (2006-10-29). "Hyperthermophiles in the history of life". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 361 (1474): 1837–1843. doi:10.1098/rstb.2006.1907. ISSN 0962-8436. PMC 1664684 . PMID 17008222. 
16. Schönheit, Peter; Buckel, Wolfgang; Martin, William F. (2016-01-01). "On the Origin of Heterotrophy". Trends in Microbiology (dalam bahasa Inggris). 24 (1): 12–25. doi:10.1016/j.tim.2015.10.003. ISSN 0966-842X. 
17. Martin, William F; Bryant, Donald A; Beatty, J Thomas (2017-11-21). "A physiological perspective on the origin and evolution of photosynthesis". FEMS Microbiology Reviews. 42 (2): 205–231. doi:10.1093/femsre/fux056. ISSN 0168-6445. PMC 5972617 . PMID 29177446. 

Catatankaki

α. ^{^} The word autotroph comes from the Greek autos = self and trophe = nutrition, related to trephein = to make solid, congeal, thicken