Растение строит содержащие углерод вещества своего тела главным образом из углекислого газа, а не из готового «питания» в почве. Корни обеспечивают водой и минеральными элементами, но источник углерода и источник энергии — отдельные вопросы. Слово «автотроф» отвечает на первый: организм способен включать неорганический углерод в органические соединения. Фотоавтотроф использует свет, хемоавтотроф — химическую энергию.[1]
Название не означает самостоятельность от всей окружающей среды. Для роста нужны азот, фосфор, сера и другие элементы, подходящая температура и доступные ресурсы. Кроме того, автотрофы дышат и расходуют часть созданных веществ. Поэтому наличие фотосинтеза не означает непрерывного увеличения массы растения или одинаковой продуктивности в любых условиях.
Почему автотрофы живут и на свету, и в темноте
Зелёные растения, водоросли и цианобактерии хорошо знакомы как фотоавтотрофы. Однако автотрофный образ жизни встречается также у бактерий и архей, которые получают энергию при окислении неорганических веществ. Одни используют восстановленные соединения азота, другие — серы, железа или водорода. Для них важна доступность нужных участников химической реакции, а не освещённость.[1]
Реальный пример — выделение морской археи, способной к автотрофному росту при окислении аммония, описанное Könneke и соавторами в Nature в 2005 году. Эта работа расширила представления об участниках морского азотного цикла: такую функцию нельзя было приписывать исключительно бактериям. Экологическая группа «автотрофы» объединяет эволюционно далёкие организмы по способу получения углерода.[2]
Выделение кислорода — свойство кислородного фотосинтеза, а не определение автотрофии. Хемоавтотрофный организм может потреблять кислород в энергетической реакции; существуют и бескислородные способы фотосинтеза. Поэтому фраза «все автотрофы производят кислород» неверна. Образование органического вещества и изменение кислородного баланса нужно объяснять для конкретного метаболизма.
У гидротермальных источников основанием местной пищевой сети становятся хемосинтезирующие микроорганизмы. Они используют химические градиенты, возникающие при поступлении восстановленных веществ. Автотрофный симбионт может обеспечивать животное органикой, сохраняя собственную физиологическую роль.[4]
Роль в пищевых сетях и углеродном балансе
Автотрофная первичная продукция обеспечивает органикой другие звенья пищевой сети. Сначала вещество находится в клетках продуцента или его выделениях, затем поступает потребителям и в детрит. Размер организма при этом не определяет его совокупное значение: быстро обновляющийся микроскопический планктон может поддерживать большой поток вещества при сравнительно небольшом одновременном запасе биомассы.
Поглощённый углерод не обязательно остаётся связанным надолго. Он возвращается в неорганическую форму при дыхании, разложении и горении либо переносится за пределы участка. NASA рассматривает образование органики и её последующий распад как связанные этапы быстрого углеродного цикла. Поэтому для климата имеет значение итоговый баланс и время хранения, а не только факт зелёной окраски или интенсивного фотосинтеза.[3]
«Автотрофные организмы» — полное синонимичное название этой группы. Термин «продуценты» подчёркивает её функцию в экосистеме, а «автотрофное питание» — сам способ обмена веществ. Некоторые организмы сочетают использование неорганического и органического углерода; жёсткое разделение по одному внешнему признаку для них неудобно. Важно сохранять главное различие: чем организм строит своё вещество и откуда получает энергию.