Kas ir primārie ražotāji?

Primārie ražotāji ir ekosistēmas pamatsastāvdaļa. Tos var uzskatīt par pirmo un vissvarīgāko soli pārtikas apritē. Kopā ar sadalītājiem viņi veido pārtikas tīkla pamatu un kopā viņu populāciju ir vairāk nekā jebkurā citā tīmekļa daļā. Primāros ražotājus patērē primārie patērētāji (parasti zālēdāji), kurus pēc tam patērē sekundārie patērētāji utt. Ķēdes augšdaļā esošie organismi galu galā mirst, un pēc tam tos noārda sadalītāji, kas to fiksē slāpekļa līmeni un nodrošina organisko materiālu, kas nepieciešams nākamās paaudzes primāram ražotājiem.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Primārie ražotāji ir ekosistēmas pamats. Tie veido barības ķēdes pamatu, izveidojot pārtiku, izmantojot fotosintēzi vai ķīmijsintēzi.

Primārie ražotāji ir vitāli svarīgi ekosistēmas izdzīvošanai. Viņi dzīvo gan ūdens, gan sauszemes ekosistēmās un ražo ogļhidrātus, kas nepieciešami, lai izdzīvotu pārtikas aprites augšdaļā esošie. Tā kā tie ir maza izmēra un var būt pakļauti mainīgajiem vides apstākļiem, ekosistēmas ar daudzveidīgākas primāro ražotāju populācijas mēdz uzplaukt vairāk nekā tās, kurām ir viendabīga populācija. Primārie ražotāji ātri vairojas. Tas ir nepieciešams, lai uzturētu dzīvību, jo, ejot tālāk barības ķēdē, sugu populācijas kļūst mazākas. Piemēram, var būt vajadzīga līdz 100 000 mārciņu fitoplanktona, lai ķēdes augšējā galā barotu ekvivalentu tikai vienai mārciņai plēsēju sugas.

Lielākajā daļā gadījumu primārie ražotāji izmanto pārtikas sintēzi, tāpēc saules gaisma ir nepieciešams faktors viņu videi. Tomēr saules gaisma nevar sasniegt teritorijas dziļi alās un okeāna dziļumos, tāpēc daži primārie ražotāji ir pielāgojušies, lai izdzīvotu. Primārie ražotāji šajās vidēs tā vietā izmanto ķīmosintēzi.

Primārie ūdens ražotāji ir augi, aļģes un baktērijas. Seklā ūdens apgabalos, kur saules gaisma spēj sasniegt dibenu, augi, piemēram, jūras aļģes un zāles, ir primārie ražotāji. Tur, kur ūdens ir pārāk dziļš, lai saules gaisma nevarētu sasniegt dibenu, mikroskopiskās augu šūnas, kas pazīstamas kā fitoplanktons, nodrošina lielāko daļu uzturlīdzekļu ūdens dzīvībai. Fitoplanktonu ietekmē tādi vides faktori kā temperatūra un saules gaisma, kā arī barības vielu pieejamība un zālēdāju plēsēju klātbūtne.

Apmēram puse no visas fotosintēzes notiek okeānos. Tur fitoplanktons ņem oglekļa dioksīdu un ūdeni no apkārtējās vides, un, izmantojot procesu, kas pazīstams kā fotosintēze, viņi var izmantot saules enerģiju, lai radītu ogļhidrātus. Šie organismi kā primārais pārtikas avots zooplanktonam ir pārtikas ķēdes pamats visai okeāna populācijai. Savukārt zooplanktons, kas kāpuru stadijā ietver kājas, medūzas un zivis, nodrošina barību ar filtru barojošie organismi, piemēram, gliemenes un sūkļi, kā arī amfipodi, citi zivju kāpuri un mazie mazuļi zivis. Tie, kas netiek patērēti uzreiz, galu galā mirst un novirzās uz zemāko līmeni kā detrīts, kur tos var patērēt dziļjūras organismi, kas filtrē pārtiku, piemēram, koraļļus.

Saldūdens apgabalos un seklos sālsūdens apgabalos ražotāji iekļauj ne tikai fitoplanktonu, piemēram, zaļās aļģes, bet arī tādus ūdens augus kā jūras zāles un jūraszāles vai lielāki sakņoti augi, kas aug uz ūdens virsmas, piemēram, kaķenes un nodrošina ne tikai pārtiku, bet arī pajumti lielākiem ūdens dzīve. Šie augi nodrošina barību kukaiņiem, zivīm un abiniekiem.

Saules gaisma nevar sasniegt dziļi okeāna dibenā, tomēr primārie ražotāji tur joprojām plaukst. Šajās vietās mikroorganismi savācas tādās vietās kā hidrotermālās atveres un aukstās sūces, no kurienes viņi iegūst enerģiju apkārtējo neorganisko materiālu, piemēram, ķīmisko vielu, kas sūcas no jūras dibena, nevis no vielmaiņas, metabolismu saules gaisma. Viņi var arī apmesties uz vaļu liemeņiem un pat kuģu avārijām, kas darbojas kā organiskā materiāla avots. Viņi izmanto procesu, ko sauc par ķīmijas sintēzi, lai oglekli pārveidotu par organisko vielu, kā enerģijas avotu izmantojot ūdeņradi, sērūdeņradi vai metānu.

Hidrotermālie mikroorganismi plaukst ūdeņos ap skursteņiem vai “melnajiem smēķētājiem”, kas veidojas no dzelzs sulfīda nogulsnēm, kuras okeāna dibenā atstāj hidrotermālās atveres. Šie "ventilācijas mikrobi" ir galvenie okeāna dibena ražotāji un atbalsta visas ekosistēmas. Viņi izmanto sērūdeņraža radīšanai ķīmisko enerģiju, kas atrodas karstā avota minerālos. Lai gan sērūdeņradis ir toksisks lielākajai daļai dzīvnieku, organismi, kas dzīvo pie šīm hidrotermālajām atverēm, ir pielāgojušies un tā vietā plaukst.

Citi mikrobi, kas parasti sastopami smēķētājiem, ir Archaea, kas ievāc ūdeņraža gāzi un izdala metāna un zaļās sēra baktērijas. Tam nepieciešama gan ķīmiskā, gan gaismas enerģija, kuru tā iegūst no nelielā radioaktīvā starojuma, ko izstaro ģeotermiski sakarsētie akmeņi. Daudzas no šīm litotropajām baktērijām ap ventilācijas atveri veido paklājus, kuru biezums ir līdz 3 centimetriem un piesaista primāros patērētājus (ganītāji, piemēram, gliemeži un zvīņtārpi), kas savukārt piesaista lielākus plēsējus.

Zemes vai augsnes pārtikas ķēde sastāv no daudz dažādu organismu, sākot no mikroskopiskiem vienšūnu ražotājiem līdz redzamiem tārpiem, kukaiņiem un augiem. Galvenie ražotāji ir augi, ķērpji, sūnas, baktērijas un aļģes. Primārie ražotāji zemes ekosistēmā dzīvo organiskajās vielās un to tuvumā. Tā kā viņi nav kustīgi, viņi dzīvo un aug tur, kur ir uzturvielas, lai tos uzturētu. Viņi uzņem barības vielas no organiskām vielām, kuras augsnē atstājuši sadalītāji, un pārveido tās par pārtiku sev un citiem organismiem. Tāpat kā viņu kolēģi ūdenī, viņi izmanto fotosintēzi, lai barības vielas un organiskos materiālus no augsnes pārveidotu par pārtikas avotiem, lai barotu citus augus un dzīvniekus. Tā kā šiem organismiem barības vielu apstrādei nepieciešama saules gaisma, viņi dzīvo uz augsnes virsmas vai tās tuvumā.

Līdzīgi kā okeāna dibenā, saules gaisma nenonāk dziļi alās. Šī iemesla dēļ baktēriju kolonijas dažās kaļķakmens alās ir ķīmiski autotrofiskas, sauktas arī par “klinšu ēšanu”. Šīs baktērijas, tāpat kā tās, kas atrodas okeāna dziļumos, iegūst nepieciešamo barību no slāpekļa, sēra vai dzelzs savienojumiem, kas atrodami akmeņu virsmā vai uz virsmas, kurus tur pārnēsājis ūdens, kas iesūcas caur porainu virsma.

Kaut arī ūdens un sauszemes ekosistēmas lielā mērā ir neatkarīgas viena no otras, ir vietas, kur tās krustojas. Šajos punktos ekosistēmas ir savstarpēji atkarīgas. Piemēram, strautu un upju krasti nodrošina dažus pārtikas avotus, lai atbalstītu strauta pārtikas ķēdi; sauszemes organismi patērē arī ūdens organismus. Tur mēdz būt lielāka organismu daudzveidība, kur abi satiekas. Purva sistēmās ir konstatēts augstāks fitoplanktona līmenis, iespējams, pateicoties lielākai uzturvielu pieejamībai un ilgākam uzturēšanās laikam, nekā tuvējos piekrastes ietekos. Ir konstatēts, ka fitoplanktona ražošanas mērījumi ir augstāki pie krasta līnijām apgabalos, kur barības vielas no sauszemes būtībā “apaugļo” okeānu ar slāpekli un fosforu. Citi faktori, kas ietekmē fitoplanktona ražošanu krasta līnijā, ir saules gaismas daudzums, ūdens temperatūra un fizikālie procesi, piemēram, vēja un plūdmaiņu straumes. Kā varētu sagaidīt, ņemot vērā šos faktorus, fitoplanktona ziedēšana var būt sezonāla parādība, un augstāks līmenis tiek reģistrēts, ja vides apstākļi ir izdevīgāki.

Sausā tuksneša ekosistēmā nav konsekventas ūdens piegādes, tāpēc tās primārie ražotāji, piemēram, aļģes un ķērpji, kādu laiku pavada neaktīvā stāvoklī. Nereti lietavas izraisa īsus darbības periodus, kad organismi ātri rīkojas, lai ražotu barības vielas. Dažos gadījumos šīs barības vielas tiek uzglabātas un izdalītas tikai lēnām, gaidot nākamo lietus notikumu. Tieši šī adaptācija ļauj tuksneša organismiem izdzīvot ilgtermiņā. Šie poikilohidriskie augi, kas atrodas uz augsnes un akmeņiem, kā arī dažām papardēm un citiem augiem, spēj pāriet starp aktīvo un atpūtas fāzi atkarībā no tā, vai tie ir mitri vai sausi. Lai gan, kad tie ir sausi, tie, šķiet, ir miruši, viņi faktiski ir miera stāvoklī un pārveidojas ar nākamo nokrišņu daudzumu. Pēc lietus aļģes un ķērpji kļūst fotosintētiski aktīvi un (pateicoties spējai vairoties ātri) nodrošina barības avotu augstāka līmeņa organismiem, pirms tuksneša karstums izraisa ūdens rašanos iztvaicē.

Atšķirībā no augstāka līmeņa patērētājiem, piemēram, putniem un tuksneša dzīvniekiem, primārie ražotāji nav mobili un nevar pārvietoties uz labvēlīgākiem apstākļiem. Ekosistēmas izdzīvošanas iespējas palielinās, palielinoties ražotāju daudzveidībai, mainoties temperatūrai un nokrišņiem atkarībā no sezonas. Apstākļi, kas ir piemēroti vienam organismam, var nebūt citam, tāpēc ekosistēmai tas nāk par labu, ja viens var pasliktināties, kamēr cits plaukst. Citi faktori, piemēram, smilšu vai māla daudzums augsnē, sāļuma līmenis un iežu vai akmeņu klātbūtne ietekmē ūdens aizturi un ietekmē arī primāro ražotāju spēju vairoties.

Citā galējībā apgabali, kas lielākoties ir auksti, piemēram, Arktika, nespēj atbalstīt daudz augu dzīvi. Dzīve tundrā ir gandrīz tāda pati kā sausā tuksnesī. Dažādi apstākļi nozīmē, ka organismi var attīstīties tikai noteiktos gadalaikos, un daudzi, ieskaitot primāros ražotājus, daļu gada laikā atrodas miera stāvoklī. Ķērpji un sūnas ir visbiežāk sastopamie tundras primārie ražotāji.

Kamēr dažas Arktikas sūnas dzīvo zem sniega, tieši virs mūžīgā sasaluma, citi Arktikas augi dzīvo zem ūdens. Jūras ledus kušana pavasarī kopā ar palielinātu saules gaismas pieejamību izraisa aļģu ražošanu Arktikas reģionā. Vietās ar augstāku nitrātu koncentrāciju ir augstāka produktivitāte. Šis fitoplanktons zied zem ledus, un, ledus līmenim samazinoties un sasniedzot gada minimumu, ledus aļģu ražošana palēninās. Tas mēdz sakrist ar aļģu pārvietošanos okeānā, kad kūst ledus apakšējais līmenis. Ražošanas pieaugums atbilst ledus sabiezēšanas perioda pieauguma periodiem rudenī, kamēr joprojām ir ievērojama saules gaisma. Kad jūras ledus izkūst, ledus aļģes tiek izlaistas ūdenī un papildina fitoplanktona ziedēšanu, ietekmējot polāro jūras pārtikas tīklu.

Šis mainīgais jūras ledus augšanas un kausēšanas modelis kopā ar pietiekamu barības vielu daudzumu, šķiet, ir nepieciešams ledus aļģu ražošanai. Mainīgi apstākļi, piemēram, agrāka vai ātrāka ledus kušana, var samazināt ledus aļģu līmeni, un aļģu izdalīšanās laika izmaiņas var ietekmēt patērētāju izdzīvošanu.

Aļģu ziedēšana var notikt gandrīz jebkurā ūdenstilpē. Daži var mainīt ūdens krāsu, piemīt nepatīkama smaka vai padarīt ūdens vai zivju garšu sliktu, bet ne toksisku. Tomēr nav iespējams noteikt aļģu ziedēšanas drošību, to aplūkojot. Ir ziņots par kaitīgu aļģu ziedēšanu visos ASV piekrastes štatos, kā arī saldūdenī vairāk nekā pusē štatu. Tās notiek arī iesāļos ūdeņos. Šīs redzamās zilaļģu vai mikroaļģu kolonijas var būt dažādās krāsās, piemēram, sarkanā, zilā, zaļā, brūnā, dzeltenā vai oranžā krāsā. Kaitīga aļģu ziedēšana strauji aug un ietekmē dzīvnieku, cilvēku un vides veselību. Tas var radīt toksīnus, kas var saindēt visas dzīvās būtnes, kas ar to saskaras, vai arī tas var piesārņot ūdens dzīvi un izraisīt slimības, kad cilvēks vai dzīvnieks ēd inficēto organismu. Šos ziedus var izraisīt barības vielu palielināšanās ūdenī vai jūras straumju vai temperatūras izmaiņas.

Kaut arī dažas fitoplanktona sugas ražo šos toksīnus, pat labvēlīgais fitoplanktons var būt kaitīgs. Kad šie mikroorganismi pārāk ātri vairojas, uz ūdens virsmas izveidojot blīvu paklāju, rezultātā pārapdzīvotība var izraisīt hipoksiju vai zemu skābekļa līmeni ūdenī, kas izjauc ekosistēma. Tā sauktie “brūnie plūdmaiņas”, lai arī tie nav toksiski, var aptvert lielas ūdens virsmas teritorijas, novēršot saules gaismu no sasniegšanas zemāk un pēc tam to augu un organismu iznīcināšana, kuri ir no tiem atkarīgi dzīve.