Energi adalah kekuatan pendorong kehidupan. Tanpa energi, tidak ada organisme, dari bakteri terkecil hingga paus terbesar, yang dapat bertahan hidup, tumbuh, bereproduksi, atau bahkan melakukan fungsi dasar tubuh seperti bernapas dan bergerak. Pertanyaan fundamental yang muncul adalah: bagaimana tepatnya organisme di planet ini memperoleh sumber energi yang mereka butuhkan? Jawabannya terletak pada keragaman luar biasa strategi biologis yang telah berevolusi selama miliaran tahun.
Pada dasarnya, semua energi yang dibutuhkan oleh ekosistem berasal dari dua sumber utama: Matahari dan senyawa kimia tertentu. Cara organisme memanfaatkan sumber-sumber ini membagi mereka menjadi dua kelompok besar: produsen (autotrof) dan konsumen (heterotrof).
Produsen, atau autotrof, adalah tulang punggung sebagian besar rantai makanan di Bumi. Mereka memiliki kemampuan luar biasa untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia dalam bentuk molekul organik, seperti glukosa. Proses ini dikenal sebagai fotosintesis, dan dilakukan oleh tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri (seperti sianobakteri). Melalui pigmen klorofil yang terdapat di dalam kloroplas mereka, organisme fotosintetik menangkap energi foton dari cahaya matahari. Energi ini kemudian digunakan untuk memecah molekul air (H₂O) dan karbon dioksida (CO₂), menggabungkannya kembali untuk membentuk glukosa (C₆H₁₂O₆) dan melepaskan oksigen (O₂) sebagai produk sampingan. Glukosa yang dihasilkan kemudian dapat digunakan oleh organisme itu sendiri sebagai sumber energi untuk pertumbuhan dan aktivitas metabolisme, atau disimpan untuk digunakan di masa depan. Keberadaan oksigen di atmosfer bumi saat ini sebagian besar adalah hasil dari aktivitas fotosintetik selama jutaan tahun.
Meskipun fotosintesis adalah sumber energi utama bagi banyak ekosistem, ada juga kelompok organisme yang tidak bergantung pada cahaya matahari. Kelompok ini, yang juga merupakan produsen, disebut kemosintetik atau kemosintotrof. Mereka memperoleh energi dengan mengoksidasi senyawa anorganik tertentu yang tersedia di lingkungan mereka. Contoh senyawa ini termasuk hidrogen sulfida (H₂S), amonia (NH₃), ion besi (Fe²⁺), dan gas hidrogen (H₂). Proses ini, yang disebut kemosintesis, sangat penting di lingkungan di mana cahaya matahari tidak dapat menembus, seperti di dasar laut dalam, di sekitar ventilasi hidrotermal, atau di dalam kerak bumi. Bakteri dan arkea yang melakukan kemosintesis sering kali menjadi dasar bagi ekosistem unik yang dapat bertahan hidup dalam kondisi ekstrem tanpa bantuan energi matahari. Energi kimia yang dilepaskan dari reaksi oksidasi ini kemudian digunakan untuk mengubah karbon dioksida menjadi senyawa organik, mirip dengan cara kerja fotosintesis tetapi tanpa melibatkan cahaya.
Sebagian besar organisme di planet ini adalah konsumen, yang dikenal sebagai heterotrof. Mereka tidak dapat menghasilkan makanan mereka sendiri dan harus memperoleh energi dengan memakan organisme lain. Cara konsumen memperoleh energi sangat bervariasi, dan mereka dapat diklasifikasikan lebih lanjut berdasarkan diet mereka:
Ketika organisme mengonsumsi organisme lain, mereka tidak hanya memperoleh energi, tetapi juga nutrisi yang dibutuhkan untuk membangun dan memelihara sel-sel mereka. Energi yang diperoleh dipecah melalui proses yang disebut respirasi seluler, yang pada dasarnya adalah kebalikan dari fotosintesis. Dalam respirasi seluler, molekul organik (seperti glukosa) bereaksi dengan oksigen untuk melepaskan energi dalam bentuk ATP (adenosine triphosphate), yang merupakan "mata uang" energi seluler. Karbon dioksida dan air juga dilepaskan sebagai produk sampingan. Proses ini memungkinkan sel untuk melakukan semua aktivitas yang menopang kehidupan.
Seluruh proses perolehan dan penggunaan energi ini menciptakan aliran energi yang terus-menerus melalui ekosistem. Energi masuk terutama melalui produsen (fotosintetik atau kemosintetik), kemudian ditransfer ke konsumen melalui rantai makanan, dan sebagian dilepaskan sebagai panas pada setiap tingkatan trofik. Aliran energi ini bersifat satu arah; energi tidak didaur ulang seperti materi. Oleh karena itu, pasokan energi yang berkelanjutan dari Matahari atau sumber kimia sangat penting untuk menjaga kelangsungan hidup semua organisme di Bumi. Memahami bagaimana organisme memperoleh energi adalah kunci untuk memahami kompleksitas dan keterkaitan kehidupan di planet kita.