生産者・消費者

生態系には、一次生産者、消費者、分解者という生物の内部階層が存在します。

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一次生産者は光独立栄養生物である。一次生産者にはすべての緑色植物、藻類、シアノバクテリアが含まれる。光独立栄養生物は光をエネルギー源とし、無機炭素を炭素源としている。

光合成は、クロロフィルの存在下、二酸化炭素と水を原料として、太陽エネルギーを炭水化物などの有機化合物の化学エネルギーに変換する代謝プロセスである。高等植物では、光反応はベシクル状の膜で行われる。光反応の際、色素分子で吸収された光エネルギーは、光化学系II反応の中心にあるp680クロロフィルa分子に伝達される。

p680にエネルギーが伝わると、その電子はより高いエネルギー準位に引き上げられる。この電子は一次電子受容体分子に吸収され、最終的にチトクロムなどのキャリアー分子を経て光化学系Iに入る。電子が低エネルギーレベルの電子キャリアーを通過する際に放出されるエネルギーの一部は、ADPからATPの合成に使われる。

同時に、光エネルギーによって水の分子を分割する「水の光分解」が行われる。4つの水分子と2つの酸素分子の光分解により、4つの陽子と4つの電子が生成されます。生成された電子は、クロロフィルa分子のPS IIで失われた電子を補う。酸素は二次生産物として進化してきたのです。光化学系Iでは、光エネルギーを吸収すると、光化学系Iのクロロフィルa分子のP700が励起される。その電子は、より高いエネルギー準位に引き上げられ、一次電子受容体に受け入れられる。さらに、光分解により発生したプロトンを介して、最終的にNADPH分子がNADPH2に還元され、アクセプター分子がNADPH分子に移行する。

PS Iでは、励起される電子はクロロフィルaからのものであっても、PS IIからのものであってもよい。暗反応は葉緑体の間質で行われる。二酸化炭素は、C5化合物であるリブロース二リン酸が受け入れてくれる。この反応はRuBPカルボキシラーゼという酵素によって触媒され、ストロマで行われる。まず、不安定なC6化合物が生成される。最後に、C3化合物PGAが2分子生成される。

PGAは光合成過程の最初の安定な生成物であり、最初の炭水化物である。PGAはPGALに還元され、光反応中に生成したすべてのNADPH2とATPの一部がこの反応に消費される。生成されたPGAの一部は、グルコース、スクロース、デンプンなどのより複雑な炭水化物の合成に使われ、残りは残りのATPを使って腰を経由してRuBPを再生する。暗反応は周期的に起こり、これはカルビンサイクルと呼ばれる。また、一次生産者の中には、C4光合成やCAMを行うものもある。

コンシューマーズ

消費者にはさまざまなタイプがあります。一次生産者を直接餌とする一次消費者は草食動物として知られている。二次消費者は一次消費者を餌にし、三次消費者は二次消費者を餌にしている。二次消費者レベル以上に属する動物が肉食動物です。一次生産者や他の動物を食べる動物は雑食性である。