Definición de productor
Los productores son organismos capaces de crear carbohidratos simples, como la glucosa, a partir de dióxido de carbono gaseoso. Este proceso de producción de moléculas orgánicas a partir de fuentes inorgánicas de carbono se denomina producción primaria. La energía para este proceso puede provenir de la radiación solar, de reacciones químicas o del calor de los respiraderos geotérmicos del océano profundo. En tierra, la mayoría de los productores son plantas. La producción marina está dominada por las algas y el plancton.
Tipos de productores
Hay dos tipos principales de productores primarios: los fotótrofos y los quimiótrofos.
Los fotótrofos utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono en carbohidratos. El proceso por el que esto ocurre se llama fotosíntesis. Posteriormente, la energía del enlace químico de los hidratos de carbono se libera a través de la respiración y se utiliza para alimentar las vías metabólicas. Un proceso similar ocurre en los quimiótrofos, excepto que la fuente de energía son las reacciones de oxidación y reducción inorgánicas. Los quimiótrofos son casi siempre microscópicos y se encuentran en regiones donde el agua y la luz son escasas.
Ocasionalmente, se utilizan términos como «productores secundarios» y «productores terciarios». Los animales que consumen plantas se consideran productores secundarios ya que «producen» la biomasa para sus depredadores. Del mismo modo, los carnívoros comidos por otras especies se consideran «productores terciarios». En cada nivel trófico, el consumidor sólo puede obtener el 10% de las calorías disponibles para su productor. Por lo tanto, es raro ver pirámides energéticas que contengan más de cuatro niveles, o «productores cuaternarios».
Ejemplos de productores
Los productores fotosintéticos pueden agruparse a grandes rasgos en tres categorías: plantas, cianobacterias y fitoplancton.
Plantas
Desde especies microscópicas hasta secuoyas que se elevan sobre la tierra, existe una asombrosa diversidad entre las plantas. Sorprendentemente, estas variadas especies comparten exactamente el mismo mecanismo de fotosíntesis. La fotosíntesis se produce en unos orgánulos especializados llamados cloroplastos que contienen pigmentos como la clorofila.
Estos pigmentos suelen estar ubicados en un andamiaje de proteínas unidas a la membrana llamadas complejos de recolección de luz. Aquí, la oxidación impulsada por la luz induce al pigmento a perder un electrón. El electrón de alta energía entra entonces en una cadena de transporte de electrones, donde viaja de una proteína a otra, perdiendo energía en cada paso, junto con una serie de reacciones de oxidación y reducción. El movimiento de una partícula cargada a través de la cadena de transporte de electrones también alimenta un gradiente de protones a través de la membrana. El gradiente de protones y la cadena de transporte de electrones impulsan conjuntamente la formación de la moneda energética de la célula, el trifosfato de adenosina (ATP). El pigmento de clorofila foto-oxidado vuelve a su estado nativo mediante la división de una molécula de agua, que libera oxígeno molecular.
Cianobacterias
Las cianobacterias son procariotas fotosintetizadoras. Se encuentran entre las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra, con un registro fósil que se remonta a más de tres mil millones de años. También contribuyeron a crear una atmósfera rica en oxígeno en el transcurso de dos mil millones de años, allanando el camino para el tipo de formas de vida que vemos hoy. Debido a su actividad fotosintética, se clasificaron inicialmente como algas y el término «algas azul-verde» sigue utilizándose de manera informal para referirse a estos procariotas.
Las cianobacterias se consideran los endosimbiontes que evolucionaron hasta los cloroplastos actuales. Estos procariotas también tienen complejos de proteínas de membrana en su membrana celular. Algunas de estas membranas forman láminas cilíndricas de tilacoides, que se asemejan a la estructura interna de los cloroplastos. Estas similitudes los hacen útiles como organismos modelo para el estudio de la fotosíntesis. Sin embargo, existen algunas diferencias entre las vías utilizadas en las cianobacterias modernas y las plantas. Una de ellas surge de la naturaleza marina de estos procariotas, que les obliga a «concentrar» el dióxido de carbono en pequeños compartimentos unidos a vesículas para mejorar la eficiencia de las enzimas fotosintéticas, como la RuBisCO.
Son cruciales para la salud y la supervivencia de los ecosistemas marinos porque desempeñan un papel importante en la creación de carbono y nitrógeno biodisponibles. El nitrógeno se fija en forma de amoníaco y se utiliza para crear compuestos que contienen nitrógeno, como las proteínas y los ácidos nucleicos. Dado que las cianobacterias son consumidas por los organismos del fondo oceánico, tanto en aguas poco profundas como en mar abierto, se encuentran entre los productores primarios marinos más importantes.
Fitoplancton
El fitoplancton son plantas microscópicas que flotan libremente y que realizan la mayor parte de la actividad fotosintética del océano. Están en la base de los ecosistemas marinos y mantienen los niveles de oxígeno del océano y de la atmósfera. Son consumidos por unos animales herbívoros microscópicos llamados zooplancton, que a su vez son consumidos por organismos situados más arriba en la pirámide alimentaria.
Se dice que la aparición del fitoplancton contribuyó a una gran explosión evolutiva hace 250 millones de años. Tras una extinción masiva al final de la era Paleozoica, un aumento de los nutrientes y una reducción de la depredación permitieron que estas plantas proliferaran en los océanos. Su abundancia y su mayor contenido nutricional también permitieron la proliferación de consumidores primarios como el zooplancton. A medida que estos grupos de organismos crecían y colonizaban mayores extensiones oceánicas, algunas poblaciones se diversificaron, adaptándose a nuevos entornos que finalmente condujeron a un enorme aumento de la diversidad de especies en los océanos.
Funciones de los productores
Los productores son la principal fuente de biomasa en la Tierra. Forman la base de todas las pirámides energéticas y son el primer nivel trófico de todo ecosistema. Los productores primarios aprovechan la energía del sol o de las reacciones químicas y fijan el carbono inorgánico en forma de carbohidratos. Su papel en el secuestro de dióxido de carbono los hace cruciales para los patrones climáticos en todo el mundo, manteniendo la temperatura óptima y las precipitaciones anuales. La fotosíntesis también libera oxígeno como subproducto y éste es consumido por todos los organismos para liberar la energía química almacenada en los carbohidratos.
Los productores, como los líquenes, son importantes como especies pioneras, alterando el entorno abiótico para hacerlo más habitable. Aceleran la meteorización y potencian la deposición de materia orgánica, dando lugar a la formación del suelo.
Junto con los factores abióticos, los productores juegan un papel crucial en la determinación de la diversidad de especies en una región. Por ejemplo, cuando el plancton es el productor primario, proliferarán los herbívoros que se alimentan por filtración, seguidos de los carnívoros que pueden consumir estos organismos. Por otro lado, las regiones que contienen árboles altos acabarán favoreciendo a los herbívoros como las jirafas que pueden alcanzar las ramas más altas y, a partir de ahí, seleccionarán a los depredadores que pueden cazar a estos rápidos animales. Así, el productor primario sustenta todo el ecosistema.
- ATP – El trifosfato de adenosina (ATP) es un nucleósido trifosfato que contiene dos enlaces de alta energía y que se utiliza como moneda energética de la célula.
- Reacciones dependientes de la luz – Reacciones que ocurren en las membranas de los tilacoides del cloroplasto que comienzan con la fotooxidación de la clorofila y terminan con la liberación de oxígeno molecular, nucleótidos reducidos y ATP.
- Centros de reacción – Regiones en los cloroplastos donde la energía lumínica de un fotón es cosechada por un pigmento coloreado y procesada para impulsar otras reacciones químicas, que finalmente conducen a la formación de carbohidratos reducidos.
- RuBisCO – Enzima presente en los cloroplastos que cataliza la reacción entre el dióxido de carbono y el azúcar de cinco carbonos, la Ribulosa bifosfato. Este es el primer paso en la serie de reacciones que crea carbono biodisponible a partir de dióxido de carbono gaseoso.
Cuestionario
1. Nombra el orgánulo vegetal donde se produce la fotosíntesis.
A. Mitocondria
B. Cloroplasto
C. Núcleo
D. Membrana celular
2. ¿Cuál de estos es un productor primario?
A. Las algas pardas
B. Plantas con flores
C. Bacterias quimotróficas
D. Todas las anteriores
3. La fotosíntesis implica la liberación de electrones de
A. El oxígeno de las moléculas de agua
B. El carbono de las moléculas de glucosa
C. El carbono del dióxido de carbono
D. Oxígeno en la atmósfera