A produção primária marinha é a síntese química no oceano de compostos orgânicos a partir de dióxido de carbono atmosférico ou dissolvido. Esse processo ocorre principalmente por meio da fotossíntese, que utiliza a luz solar como fonte de energia, mas também por quimiossíntese, que utiliza a oxidação ou redução de compostos químicos inorgânicos como fonte de energia. Quase toda a vida na Terra depende direta ou indiretamente da produção primária. Os organismos responsáveis pela produção primária são chamados de produtores primários ou autotróficos.
A maior parte da produção primária marinha é gerada por uma coleção diversa de chamados algas e cianobactérias. Juntos, esses formam os principais produtores primários na base da cadeia alimentar oceânica e produzem metade do oxigênio do mundo. Os produtores primários marinhos sustentam quase toda a vida animal marinha, gerando praticamente todo o oxigênio e alimento que os animais marinhos necessitam para sobreviver. Alguns produtores primários marinhos também são , que modificam o ambiente e fornecem habitats para outras formas de vida marinha.
A produção primária no oceano pode ser contrastada com a produção primária em terra. Globalmente, o oceano e a terra produzem aproximadamente a mesma quantidade de produção primária, mas no oceano ela vem principalmente de cianobactérias e algas, enquanto em terra provém principalmente de plantas vasculares.
As algas marinhas incluem as microalgas, amplamente invisíveis e frequentemente unicelulares, que, junto com as cianobactérias, formam o fitoplâncton oceânico, além das macroalgas, mais visíveis e complexas, comumente chamadas de algas marinhas. As algas marinhas são encontradas em áreas costeiras, vivendo no fundo das plataformas continentais e sendo arrastadas para as zonas entremarés. Algumas algas marinhas derivam com o plâncton nas águas superficiais iluminadas pelo sol (zona epipelágica) do oceano aberto. No período Siluriano, alguns fitoplanctons evoluíram para algas vermelhas, algas castanhas e algas verdes. Essas algas então invadiram a terra e começaram a evoluir para as plantas terrestres que conhecemos hoje. Mais tarde, no Cretáceo, algumas dessas plantas terrestres retornaram ao mar como manguezais e ervas marinhas. Estas são encontradas ao longo das costas em regiões entremarés e nas águas salobras de estuários. Além disso, algumas ervas marinhas, como as algas marinhas, podem ser encontradas a profundidades de até 50 m em fundos moles e duros da plataforma continental.
Produtores primários marinhos
Os produtores primários são organismos autotróficos que produzem seu próprio alimento em vez de consumir outros organismos. Isso significa que os produtores primários são o ponto de partida na cadeia alimentar para organismos heterotróficos que consomem outros organismos. Alguns produtores primários marinhos são bactérias e arqueas especializadas que são quimiotróficas, produzindo seu próprio alimento ao se reunir em torno de fontes hidrotermais e emanações frias e utilizando quimiossíntese. No entanto, a maior parte da produção primária marinha vem de organismos que utilizam a fotossíntese com o dióxido de carbono dissolvido na água. Esse processo usa energia da luz solar para converter água e dióxido de carbono em açúcares que podem ser usados tanto como fonte de energia química quanto como moléculas orgânicas utilizadas nos componentes estruturais das células. Os produtores primários marinhos são importantes porque sustentam quase toda a vida animal marinha, gerando a maior parte do oxigênio e do alimento que fornecem aos outros organismos a energia química necessária para sua existência.
Os principais produtores primários marinhos são cianobactérias, algas e plantas marinhas. O oxigênio liberado como subproduto da fotossíntese é necessário para quase todos os seres vivos realizarem a respiração celular. Além disso, os produtores primários influenciam os ciclos globais do carbono e da água. Eles estabilizam áreas costeiras e podem fornecer habitats para animais marinhos. O termo divisão tem sido tradicionalmente usado em vez de filo ao discutir produtores primários, embora o Código Internacional de Nomenclatura para Algas, Fungos e Plantas agora aceite os termos como equivalentes.
Em uma inversão do padrão em terra, nos oceanos, quase toda a fotossíntese é realizada por algas e cianobactérias, com uma pequena fração contribuída por plantas vasculares terrestres e outros grupos. As algas abrangem uma gama diversificada de organismos, desde células flutuantes individuais até algas marinhas fixas. Elas incluem organismos fotoautotróficos de vários grupos. Eubactérias são importantes fotossintetizantes em ecossistemas oceânicos e terrestres, e enquanto algumas arqueias são fototróficas, nenhuma é conhecida por utilizar fotossíntese que libera oxigênio. Vários eucariotos são contribuintes significativos para a produção primária no oceano, incluindo algas verdes, algas castanhas e algas vermelhas, além de um grupo diversificado de seres unicelulares. Plantas vasculares também estão representadas no oceano por grupos como as ervas marinhas.
Diferentemente dos ecossistemas terrestres, a maioria da produção primária no oceano é realizada por organismos microscópicos de vida livre chamados fitoplâncton. Estima-se que metade do oxigênio do mundo seja produzida pelo fitoplâncton. Autotróficos maiores, como ervas marinhas e macroalgas, são geralmente confinados a zonas litorâneas e águas rasas adjacentes, onde podem se fixar ao substrato subjacente, mas ainda estar dentro da zona fótica. Há exceções, como as algas castanhas do gênero Sargassum, mas a grande maioria da produção de flutuação livre ocorre em organismos microscópicos.
Os fatores que limitam a produção primária no oceano também são muito diferentes daqueles em terra. A disponibilidade de água, obviamente, não é um problema (embora sua salinidade possa ser). Da mesma forma, a temperatura, embora afete as taxas metabólicas, varia menos amplamente no oceano do que em terra, porque a capacidade térmica da água do mar amortece as mudanças de temperatura, e a formação de gelo marinho a isola em temperaturas mais baixas. No entanto, a disponibilidade de luz, a fonte de energia para a fotossíntese, e nutrientes minerais, os blocos de construção para o crescimento, desempenham papéis cruciais na regulação da produção primária no oceano. Modelos de sistemas terrestres disponíveis sugerem que mudanças biogeoquímicas contínuas no oceano podem desencadear reduções na produção primária líquida (PPL) oceânica entre 3% e 10% dos valores atuais, dependendo do cenário de emissões.
Em 2020, pesquisadores relataram que medições das últimas duas décadas da produção primária no Oceano Ártico mostram um aumento de quase 60% devido a maiores concentrações de fitoplâncton. Eles hipotetizam que novos nutrientes estão fluindo de outros oceanos e sugerem que isso significa que o Oceano Ártico pode ser capaz de suportar uma produção em níveis tróficos mais altos e uma fixação de carbono adicional no futuro. Cianobactérias
As cianobactérias são um filo (divisão) de bactérias, variando de unicelulares a filamentosas e incluindo espécies coloniais, que fixam carbono inorgânico em compostos orgânicos de carbono. Elas são encontradas em quase todos os lugares na Terra: em solos úmidos, em ambientes de água doce e marinhos, e até em rochas antárticas. Em particular, algumas espécies ocorrem como células flutuantes no oceano e, como tal, estavam entre os primeiros fitoplanctons. Essas bactérias funcionam como algas, pois podem processar nitrogênio da atmosfera quando não há nitrogênio no oceano.
Os primeiros produtores primários que usaram a fotossíntese foram cianobactérias oceânicas há cerca de 2,3 bilhões de anos. A liberação de oxigênio molecular pelas cianobactérias como subproduto da fotossíntese induziu mudanças globais no ambiente da Terra. Como o oxigênio era tóxico para a maioria da vida na Terra na época, isso levou à quase extinção de organismos intolerantes ao oxigênio, uma mudança dramática que redirecionou a evolução das principais espécies de animais e plantas.
thumb|left|Prochlorococcus marinus.|alt=Prochlorococcus marinus
A pequena cianobactéria marinha Prochlorococcus, descoberta em 1986, forma hoje parte da base da cadeia alimentar oceânica e é responsável por mais da metade da fotossíntese do oceano aberto e por cerca de 20% do oxigênio na atmosfera terrestre. É possivelmente o gênero mais abundante na Terra: um único mililitro de água superficial do mar pode conter 100.000 células ou mais.
Originalmente, os biólogos pensavam que as cianobactérias eram algas e as chamavam de "algas verde-azuladas". A visão mais recente é que as cianobactérias são bactérias e, portanto, não pertencem ao mesmo reino biológico que as algas. A maioria das autoridades exclui todos os procariotos, e portanto as cianobactérias, da definição de algas.
Pigmentos biológicos Pigmentos biológicos são qualquer material colorido em células de plantas ou animais. Todos os pigmentos biológicos absorvem seletivamente certos comprimentos de onda da luz enquanto refletem outros. A função primária dos pigmentos nas plantas é a fotossíntese, que utiliza o pigmento verde clorofila e vários pigmentos coloridos que absorvem o máximo possível de energia luminosa. A clorofila é o pigmento primário nas plantas; é uma que absorve comprimentos de onda amarelos e azuis da luz enquanto reflete o verde. É a presença e a abundância da clorofila que dá às plantas sua cor verde. As algas verdes e as plantas possuem duas formas desse pigmento: clorofila a e clorofila b. As grandes algas da ordem Laminariales, diatomáceas e outros heterocontos fotossintéticos contêm clorofila c em vez de b, enquanto as algas vermelhas possuem apenas clorofila a. Todas as clorofilas servem como o principal meio para as plantas interceptarem a luz para "alimentar" a fotossíntese.
Cloroplastos
Os cloroplastos (do grego chloros, verde, e plastes, "o que forma") são organelas que realizam a fotossíntese, onde o pigmento fotossintético clorofila captura a energia da luz solar, converte-a e armazena-a em moléculas de armazenamento de energia, enquanto libera oxigênio da água em células de plantas e algas. Eles então utilizam a energia armazenada para produzir moléculas orgânicas a partir de dióxido de carbono em um processo conhecido como ciclo de Calvin.
Um cloroplasto é um tipo de organela conhecido como plastídeo, caracterizado por suas duas membranas e uma alta concentração de clorofila. Eles são altamente dinâmicos — circulam e são movidos dentro das células vegetais, e ocasionalmente se dividem em dois para se reproduzir. Seu comportamento é fortemente influenciado por fatores ambientais, como a cor e a intensidade da luz. Cloroplastos, assim como mitocôndrias, contêm seu próprio DNA, que se acredita ser herdado de seu ancestral — uma cianobactéria fotossintética que foi "engolida" por uma célula eucariótica inicial. Cloroplastos não podem ser produzidos pela célula vegetal e devem ser herdados por cada célula filha durante a divisão celular.
A maioria dos cloroplastos provavelmente pode ser rastreada até um único evento endossimbiótico, quando uma cianobactéria foi engolida por um eucarioto. Apesar disso, cloroplastos podem ser encontrados em um conjunto extremamente amplo de organismos, alguns nem mesmo diretamente relacionados entre si — uma consequência de muitos eventos endossimbióticos secundários e até terciários.
Rodopsina microbiana
O metabolismo fototrófico depende de um dos três pigmentos conversores de energia: clorofila, bacterioclorofila e retinal. O retinal é o cromóforo encontrado em rodopsinas. A importância da clorofila na conversão de energia luminosa é conhecida há décadas, mas a fototrofia baseada em pigmentos de retinal está apenas começando a ser estudada.