Планетарная роль фотосинтетиков кратко

Обновлено: 05.07.2024

Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.

История открытия фотосинтеза

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками. А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке. В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности. Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света. И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

две мембраны;
стопки гранов;
диски тилакоидов;
строма — внутреннее вещество хлоропласта;
люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н₂О.

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
Фотолиз воды.
Выделение кислорода.
Накопление НАДФН+.
Накопление АТФ.

Фотосинтез — важнейший процесс превращения энергии Солнца в энергию органических соединений, необходимых для существования всех живых организмов, населяющих нашу планету.

Известный русский учёный К. А. Тимирязев утверждал, что растения выполняют на Земле космическую роль . Он писал:

Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического.

Все живые организмы на Земле живут за счёт той солнечной энергии, которая получена растениями и законсервирована в процессе фотосинтеза в углеводах и других органических веществах. Углеводы — важный продукт фотосинтеза.

У многих растений углеводы запасаются в органах в виде крахмала: в корнях, видоизменённых побегах (луковицах, клубнях, корневищах), в семенах, а также в виде сахаров (в ягодах, сочных плодах, корнеплодах сахарной свёклы, стеблях сахарного тростника). Именно углеводы используются клетками всех живых организмов в качестве основного источника энергии для жизни.

Часть поглощённой растениями энергии не расходуется и накапливается в органических веществах, входящих в состав древесины, торфа, нефти, угля, природного газа. Поэтому органические вещества — отличный энергоноситель. Люди используют их для получения тепла, которое выделяется при сгорании топлива.

В воздухе углекислого газа содержится около \(0,03\) % по объёму. Эта величина не изменяется много тысячелетий, хотя огромное количество живых существ постоянно выделяет углекислый газ при дыхании. Очень много этого газа образуется при гниении органических остатков, а также при сжигании топлива для обогрева помещений и в двигателях автомобилей. В воздух попадает углекислый газ при лесных пожарах и извержениях вулканов.

Углекислый газ поглощают и используют в фотосинтезе зелёные растения, поддерживая его содержание в воздухе на постоянном уровне.

Пока на Земле не было растений, в её атмосфере отсутствовал кислород. Современный газовый состав атмосферы сформировался благодаря процессу фотосинтеза. Сейчас в воздухе содержится \(21\) % кислорода и все живые организмы имеют возможность дышать им.

Из кислорода на высоте около \(20\) км над Землёй под влиянием солнечных лучей образуется газ озон . Слой озона окружает Землю и создаёт озоновый экран , который поглощает ультрафиолетовые лучи, опасные для всех живых организмов. Озоновый экран создаёт условия для жизни на поверхности суши.

Созданные растениями органические вещества используются другими живыми организмами (животными, грибами, бактериями). Продукты их жизнедеятельности, а также остатки этих организмов попадают в верхний слой земли, разлагаются там бактериями и создают очень важное природное образование — почву.

Почва — это продукт взаимодействия живых организмов с объектами неживой природы. Для образования почвы необходимы органические вещества, источником которых могут быть только живые организмы.

Фотосинтез — важнейший процесс на нашей планете. Он выполняет космическую функцию, запасая в зелёных растениях огромное количество энергии и поставляя в атмосферу кислород.

Фотосинтез, возникнув на первых этапах эволюции жизни, остается важнейшим процессом биосферы. Именно зеленые растения посредством фотосинтеза обеспечивают космическую связь жизни на Земле с Вселенной и определяют экологическое благополучие биосферы вплоть до возможности существования человеческой цивилизации. Фотосинтез - это не только источник пищевых ресурсов и полезных ископаемых, но и фактор сбалансированности биосферных процессов на Земле, включая постоянство содержания кислорода и диоксида углерода в атмосфере, состояние озонового экрана, содержание гумуса в почве, парниковый эффект и т. д.

Существенным фактором фотосинтеза является также стабилизация содержания СО₂ в атмосфере. В настоящее время содержание СО₂ составляет 0,03 % по объему воздуха, или 711 млрд. т в пересчете на углерод. Дыхание организмов, Мировой океан, в водах которого растворено в 60 раз больше СО₂, чем находится в атмосфере, производственная деятельность людей, с одной стороны, фотосинтез - с другой, поддерживают относительно постоянный уровень СО₂ в атмосфере. Диоксид углерода в атмосфере, а также вода поглощают инфракрасные лучи и сохраняют значительное количество теплоты на Земле, обеспечивая необходимые условия жизнедеятельности.

Однако за последние десятилетия из-за возрастающего сжигания человеком ископаемого топлива, вырубки лесов и разложения гумуса сложилась ситуация, когда технический прогресс сделал баланс атмосферных явлений отрицательным. Положение усугубляется и демографическими проблемами: каждые сутки на Земле рождается 200 тыс. человек, которых нужно обеспечить жизненными ресурсами. Эти обстоятельства ставят изучение фотосинтеза во всех его проявлениях, от молекулярной организации процесса до биосферных явлений, в ранг ведущих проблем современного естествознания. Важнейшие задачи - повышение фотосинтетической продуктивности сельскохозяйственных посевов и насаждений, а также создание эффективных биотехнологий фототрофных синтезов.

К.А. Тимирязев первым начал изучать космическую рользеленых растений. Фотосинтез – это единственный процесс на Земле, идущий в грандиозных масштабах и связанный с превращением энергии солнечного света в энергию химических соединений. Эта космическая энергия, запасенная зелеными растениями, составляет основу жизнедеятельности всех других гетеротрофных организмов на Земле от бактерий до человека. Выделяют 5 основных аспектов космической и планетарной деятельности зеленых растений.

1. Накопление органической массы. В процессе фотосинтеза наземные растения образуют 100-172 млрд.т. биомассы в год (в пересчете на сухое вещество), а растения морей и океанов – 60-70 млрд.т. Общая масса растений на Земле в настоящее время составляет 2402,7 млрд.т., причем 90% этой массы приходится на целлюлозу. Около 2402,5 млрд.т. приходится на долю наземных растений и 0,2 млрд.т. – на растения гидросферы (недостаток света!). Общая масса животных и микроорганизмов на Земле – 23 млрд.т., то есть 1% от массы растений. Из этого количества ~ 20 млрд.т. приходится на обитателей суши и ~ 3 млрд.т. – на обитателей гидросферы. За время существования жизни на Земле органические остатки растений и животных накапливались и модифицировались (подстилка, гумус, торф, а в литосфере – каменный уголь; в морях и океанах – толща осадочных пород). При опускании в более глубокие области литосферы из этих остатков под действием микроорганизмов, повышенных t 0 и давления образовывались газ и нефть. Масса органических веществ подстилки ~ 194 млрд.т.; торфа – 220 млрд.т.; гумуса ~ 2500 млрд.т. Нефть и газ – 10000 – 12000 млрд.т. Содержание органического вещества в осадочных породах по углероду ~ 2 · 10 16 т. Особенно интенсивное накопление органики происходило в палеозое (~ 300 млн. лет назад). Запасенное органическое вещество интенсивно используется человеком (древесина, полезные ископаемые).

2. Обеспечение постоянства содержания СО₂ в атмосфере. Образование гумуса, осадочных пород, горючих полезных ископаемых выводили значительные количества СО₂ из круговорота углерода. В атмосфере Земли становилось все меньше СО₂ и в настоящее время его содержание составляет ~ 0,03% по объему или ~ 711 млрд.т. в пересчете на углерод. В кайнозое содержание СО₂ в атмосфере стабилизировалось и испытывало лишь суточные, сезонные и геохимические колебания (стабилизация растений на уровне современных). Стабилизация содержания СО₂ в атмосфере достигается сбалансированным связыванием и освобождением СО₂ в глобальном масштабе. Связывание СО₂ в фотосинтезе и образование карбонатов (осадочные породы) компенсируется выделением СО₂ за счет других процессов: Ежегодное поступление СО₂ в атмосферу (в пересчете на углерод) обусловлено: дыханием растений - ~ 10 млрд. т.: дыханием и брожением микроорганизмов - ~ 25 млрд.т.; дыханием человека и животных - ~ 1,6 млрд.т. хозяйственной деятельностью людей ~ 5 млрд.т.; геохимическими процессами ~ 0,05 млрд.т. Итого ~ 41,65 млрд.т. Если бы не происходило поступления СО₂ в атмосферу, весь его наличный запас был бы связан за 6-7 лет Мощным резервом СО₂ является Мировой океан, в его водах растворено в 60 раз больше СО₂, чем его находится в атмосфере. Итак, фотосинтез, дыхание и карбонатная система океана поддерживает относительно постоянный уровень СО₂ в атмосфере. За счет хозяйственной деятельности человека (сжигание горючих полезных ископаемых, вырубка лесов, разложение гумуса) содержание СО₂ в атмосфере начало увеличиваться ~ на 0,23 % в год. Это обстоятельство может иметь глобальные последствия, так как содержание СО₂ в атмосфере влияет на тепловой режим планеты.

3. Парниковый эффект.Поверхность Земли получает теплоту главным образом от Солнца. Часть этой теплоты возвращается в виде ИК лучей. СО₂ и Н₂О, содержащиеся в атмосфере, поглощают ИК лучи и таким образом сохраняют значительное количество теплоты на Земле (парниковый эффект). Микроорганизмы и растения в процессе дыхания или брожения поставляют ~ 85 % общего количества СО₂, поступающего ежегодно в атмосферу и вследствие этого влияют на тепловой режим планеты. Тенденция повышения содержания СО₂ в атмосфере может привести к увеличению средней t 0 на поверхности Земли таяние ледников (горы и полярные льды) затопление прибрежных зон. Тем не менее, возможно, что повышение концентрации СО₂ в атмосфере будет способствовать усилению фотосинтеза растений, что приведет к связыванию избыточных количеств СО₂.

4. Накопление О₂ в атмосфере.Первоначально О₂ присутствовал в атмосфере Земли в следовых количествах. В настоящее время он составляет ~ 21 % по объему воздуха. Появление и накопление О₂ в атмосфере связано с жизнедеятельностью зеленых растений. Ежегодно в атмосферу поступает ~ 70-120 млрд.т. О₂, образованного в фотосинтезе. Особую роль в этом играют леса: 1 га леса за 1 час дает О₂, достаточно для дыхания 200 человек.

5. Образование озонового экранана высоте ~ 25 км. О₃ образуется при диссоциации О₂ под действием солнечной радиации. Слой О₃ задерживает большую часть УФ (240-290 нм), губительного для живого. Разрушение озонового экрана планеты – одна из глобальных проблем современности.

Фотосинтез и его значение. Космическая роль фотосинтеза

Фотосинтез — это процесс преобразования энергии света в энергию химического связывания органических соединений при участии хлорофилла.

Фотосинтез происходит в хлоропластах, куда поступает углекислый газ и вода. Зеленый пигмент хлорофилл обеспечивает поглощение энергии света, необходимой для химических превращений. Растения в дальнейшем используют созданные молекулы простого углевода для синтеза крахмала, жиров, и других веществ. Кислород выделяется в окружающую среду. Процессы, происходящие в хлоропластах, показаны

Вследствие фотосинтеза ежегодно образуется около 150 миллиардов тонн органического вещества и около 200 миллиардов тонн кислорода. Этот процесс обеспечивает углеродный цикл в биосфере, предотвращая накопление углекислого газа и, тем самым, предотвращая парниковый эффект и перегрев Земли. Органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза, частично потребляются другими организмами, большая часть которых за миллионы лет образовала залежи полезных ископаемых (уголь и бурый уголь, нефть).

Рис.1. Фотосинтез

Как доказал русский ученый К.А. Тимирязев, фотосинтез невозможен без хлорофилла. Исследователь писал, что именно в зеленых листьях совершается процесс, связывающий жизнь на Земле с Солнцем, позволяющий всем на планете пользоваться общим источником энергии.

Значение фотосинтеза и космическая роль зеленых растений:

Усвоение энергии света для создания органических соединений.
Создание органической массы (177 млрд. т ежегодно), необходимой для животных и человека.
Выделение кислорода в атмосферу Земли (около 450 млн. т в год).
Поддержание концентрации СО₂ в воздухе на уровне 0,02–0,04%.
Накопление энергии.
Образование почвы.

Благодаря растениям поддерживается содержание молекул О₂ в атмосфере нашей планеты на уровне 21%. Над крупными городами, промышленными центрами, транспортными узлами воздух беднее кислородом, запылен, содержит больше углекислого газа, токсичных веществ.

Суть одного из важнейших процессов на Земле отражает химическое уравнение:

Световая и темновая фазы фотосинтеза. Их взаимосвязь.

В 1905 году английский физиолог Ф. Блэкман обнаружил, что скорость фотосинтеза не может увеличиваться бесконечно, существуют ограничивающие её факторы. Исходя из этого, он предложил две фазы фотосинтеза:

При низкой освещенности скорость световых откликов увеличивается пропорционально увеличению интенсивности света, и, помимо этого, эти реакции не зависят от температуры, поскольку для их прохождения не требуются ферменты. На тилакоидных мембранах осуществляются световые реакции.

Наоборот, скорость темновых реакций увеличивается с ростом температуры; однако при достижении температурного порога 30 ° C этот рост прекращается, что указывает на ферментативный характер этих превращений, которые происходят в строме. Также важно отметить, что свет тоже оказывает некоторое влияние на темновые реакции, несмотря на их название.

Световая фаза фотосинтеза происходит на тилакоидных мембранах, несущих несколько типов белковых комплексов, главными из которых являются фотосистемы I и II, а также АТФ-синтаза. В составе фотосистем находятся пигментные комплексы, в которых, помимо хлорофилла, присутствуют также каротиноиды. Каротиноиды захватывают свет в областях спектра, где нет хлорофилла, и помимо этого, защищают хлорофилл от повреждения интенсивным светом.

Помимо пигментных комплексов, фотосистемы также включают ряд акцепторных белков, последовательно переносящих электроны от молекул хлорофилла друг к другу. Последовательность этих белковых молекул называется цепью переноса электронов хлоропластов.

Особый комплекс белков непосредственно связан с фотосистемой II, обеспечивающей выделение кислорода при таком процессе как фотосинтез. Этот комплекс выделения кислорода содержит ионы марганца и хлора.

В световой фазе световые кванты или фотоны, падающие на молекулы хлорофилла, которые расположены на мембранах тилакоидов, переводят их в состояние возбуждения, характеризующееся более высокой энергией электронов. В этом случае возбужденные электроны из хлорофилла фотосистемы I передаются через цепочку посредников к водородному носителю НАДФ, который присоединяет протоны водорода, которые постоянно находятся в водном растворе:

Темная фаза — это процесс преобразования углекислого газа в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с участием энергии АТФ и НАДФ •Н.

Результат темновых реакций: превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо стромальных молекул глюкозы образуются аминокислоты, нуклеотиды и спирты.

Рис. 2. Световая и темновая фазы фотосинтеза

Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий

Хемосинтез является самым старым типом автотрофного питания, образованным еще во время эволюции до фотосинтеза. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе, основным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции окисления веществ, обычно неорганических.

Хемосинтез наблюдается только у ряда прокариот. Многие хемосинтезирующие бактерии живут в местах, недоступных для других организмов: на больших глубинах, в бескислородных условиях.

Хемосинтетические организмы не зависят от энергии солнечного света, ни как растения, ни как животные. Исключением являются бактерии, которые окисляют аммиак, поскольку последний выделяется в результате гниения органических веществ.

Сходство хемосинтеза с фотосинтезом:

автотрофное питание,
энергия накапливается в АТФ, а затем используется для синтеза органических веществ.

Отличия в хемосинтезе:

источник энергии - различные окислительно-восстановительные химические реакции;
характерен только для ряда бактерий и архей;
клетки не содержат хлорофилла;
в качестве источника углерода для синтеза органических веществ используются не только CO₂, но и окись углерода (CO), муравьиная кислота (HCOOH), метанол (CH₃OH), уксусная кислота (CH₃COOH) и карбонаты.

Хемосинтезирующие организмы генерируют энергию при окислении серы, сероводорода, водорода, железа, марганца, аммиака, нитритов и т.д. Как видите, используются неорганические вещества.

Хемосинтетические вещества подразделяются на группы в зависимости от окисляемого субстрата для производства энергии: железные бактерии, серные бактерии, археи, образующие метан, нитрифицирующие бактерии и т. д.

В хемосинтетических аэробных организмах кислород является акцептором электронов и водорода, т.е. он действует как окислитель.

Хемосинтезирующие организмы играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, и способствуют плодородию почвы.

В группу хемосинтетических организмов (хемотрофов) в основном входят бактерии: нитрифицирующие, сернистые, черные и т. д., использующие энергию окисления ионов азота, серы и железа. В этом случае донором электронов является не вода, а другие неорганические вещества.

Таким образом, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, образующийся из атмосферного азота, от азотфиксирующих бактерий до нитритов и нитратов:

Серобактерии производят окисление сероводорода до серы и, в некоторых случаях, до серной кислоты:

Железобактерии производят окисление солей железа:

Водородные бактерии имеют способность окислять молекулярный водород:

Углекислый газ действует как источник углерода для синтеза органических соединений во всех автотрофных бактериях.

Хемосинтезирующие бактерии играют наиболее значительную роль в биогеохимических циклах химических элементов в биосфере, так как в течение их жизни образовались отложения многих минералов. Кроме того, они являются источниками органического вещества на планете, то есть производителями, а также делают доступными для растений и других организмов ряд неорганических веществ.

_{Источник изображения:
Рис. 2 — Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.}

Солнечный свет является важным источником энергии на земном шаре. Значение фотосинтеза в природе велико, без него организмы не выживут в окружающей среде. Это особенный этап формирования органических веществ из неорганических. Поступившая из космоса энергия запасается в растениях, обеспечивает жизнедеятельность всего живого.

Общая характеристика

Указанное определение является единственным на планете процессом, связанным с превращением излучения солнечного тепла в энергию. Живые организмы выдыхают кислород в окружающее пространство для следующего использования.

Значение кислорода для жизни

Сотни лет человек был уверен, что растения получают питательные элементы через корневую систему, почву.

В 16 веке ботаником Я. Гельмонтом из Голландии проводился опыт с выращиванием цветка в емкости. После взвешивания почвогрунта до высаживания в горшок и после подрастания стебля ученым сделан вывод, что все представители мира флоры получают обеспечение питательными элементами из жидкости. Этой теории следовали исследователи на протяжении пары веков.

Знаменитый русский ученый Тимирязев называл роль зеленых трав, насаждений и прочей растительности на планете внеземной. По его мнению, главной природной лабораторией является лист, потому что органические элементы произошли от этой части растения. Вне хлорофиллосодержащих элементов ничего не получится.

Опыты Д. Пристли подтвердили, что цветы, трава, кустарники очищают воздух, который ранее был непригоден для поглощения. Процессы невыполнимы без участия тепла и света. Крона растений не только трансформирует газообразные взвеси в кислород, но и вместе с водой является пищей для флоры.

Атмосфера планеты раньше не имела большой концентрации кислорода, но все изменилось с возникновением растительности. Воздух является следствием фотосинтеза, происходящего в зеленых листьях. Глобальный этап изменил облик планеты и побудил к развитию жизни. Существование людей на планете во многом зависит от состояния флоры.

Понятия, роль и этапы

В переводе с греческого языка фотосинтез расшифровывается как соединение. Это значимый процесс перехода энергии света или ультрафиолетового излучения в органическую область. В круговороте веществ образуется и выделяется кислород через клетки растений и бактерий. В синтезе участвуют различные образования (хлорофиллы, бактериохлорофиллы, бактериородопсин).

Фотоафтотрофы в ботанике характеризуют превращение и использования тепловой космической энергии в реакциях, включая трансформирование углекислого газа (УГ) в органические вещества.

Значение велико для целостной биосферы и отдельно взятого организма. Большую часть кислорода вырабатывают фитопланктоны, обитающие в Мировом океане.

В растении, которое согрели своим теплом лучи, в определенном порядке совершаются окислительно-восстановительные процессы.

Стадии фотосинтеза:

Сначала энергия тепла поглощается и передается другим молекулам разного класса. Затем происходит поглощение солнечной энергии, ее передача остальным структурам. На второй стадии световые кванты делятся на заряды, в результате электроны передаются дальше.

Части реакции:

Солнечный свет.
Хлоропласты.
Н2О.
СО2.
Температурный режим.

В результате поглощения света энергия накапливается и используется для выработки кислорода. На третьем этапе осуществляются другие биохимические реакции, в результате которых из углекислого газа вырабатываются глюкоза, сахар, крахмал.

Особенный процесс синтезирования происходит только в растительных клетках и у некоторых бактерий. Фотосинтез возникает при участии зеленого красящего вещества — хлорофилла.

Прочие свойства

Фотосинтез обеспечивает устойчивое содержание углекислого газа в атмосфере, накапливает кислород. Без перечисленных свойств и реакций не будет жизни на Земле.

Постоянство содержания веществ

В воздухе содержится 0,03% УГ. Эта величина сохраняется многие тысячелетия, несмотря на то, что живые организмы в процессе дыхания выделяют углекислый газ.

Процесс выработки УГ:

Гниение.
Разложение мертвых тел.
Извержение вулканической породы.
Пожар.
Сжигание бензина, газа.

Когда растение впитало углекислоту, питательные вещества синтезируются. Под влиянием солнца процесс происходит в зеленых пигментах (хлорофиллах).

Зеленые растения являются промежуточными организмами между планетой и Солнцем. Они схватывают энергию светила и обеспечивают существование жизни на земном шаре.

Огромное количество УГ поглощают зеленые насаждения планеты в процессе фотосинтеза, сохраняя постоянное количество газа в атмосфере.

Благодаря реакции, происходящей в зеленых листьях, энергия лучей не растворяется в пространстве. Она становится химической энергией, ее смысл заключается и состоит из вновь сформированных органических компонентов.

В древние времена на планете не было растительности и кислорода. Безвоздушное пространство не позволяло образоваться новым организмам. Нынешний газовый состав образовался благодаря синтезированию. Благодаря этому организмы на планете — бактерии, грибы, животные, человек и растения — дышат и осуществляют жизнедеятельность.

Из кислорода над Землей под воздействием радиационного облучения Солнца образуется озон. Он задерживает долю ультрафиолетовых лучей, которая неблагоприятно влияет на живые организмы. Озоновый слой, окружающий планету, создает возможность для организмов.

В листике любого растения происходит три значимых действия: фотосинтез, обмен газообразными компонентами и испарение жидкости. Реакции, происходящие в стебле в светлое время суток, позволяют зеленым листьям выводить двуокись углерода и О2. Ночью выделяется только первое вещество.

Вещества органического происхождения, сформированные зелеными растениями, потребляются живыми существами. Результаты процессов жизнедеятельности организмов, продукты гниения и разложения, попадая в верхний слой земной поверхности, тлеют там и участвуют в формировании почвы.

Почвогрунт образуется и вырабатывается на поверхности Земли под влиянием элементов живой и неживой природы. Без органических элементов это образование не формируется.

Важность процессов

Благодаря важной роли фотосинтеза количество энергии увеличивается в атмосфере — ежегодно образуется миллиард тонн органического вещества. Растения выделяют в окружающую среду свыше 200 миллионов тонн кислорода. Эта реакция важна не только для флоры, но и для всего человечества.

Происходящий в растениях биологический процесс ограничивает количество газа, не позволяя ему накапливаться в повышенных дозах. Благодаря зеленым насаждениям не образуется парниковый эффект. Флора защищает планету от перегрева.

Важна роль для лесного хозяйства и аграрного сектора. Растительный мир является питательной средой и основой для гетеротрофных организмов. Деревья, кустарники, цветы, трава преобразовывают азотсодержащие и серные соединения в вещества. Процесс синтезирования реализуется благодаря получению ионов нитратов. Эти вещества преобладают в почвенной воде, а в растение попадают через корни.

Благодаря фотосинтезу образуются составляющие жиров, являющиеся важными резервными элементами. В работе сельхозпредприятий применяются итоги изучения главных особенностей развития и роста флоры. В основу формирования урожая и его результатов заложен фотосинтез. Его интенсивность зависит от водного баланса и минерального наполнения.

Урожайность и всхожесть зависит от габаритов зеленых листьев, интенсивности и продолжительности сопутствующих процессов. Рост плотности посевов приводит к затенению листвы, к ним не может попасть свет, и из-за плохой циркуляции воздушных масс в небольших объемах поступает углекислый газ.

Людям, населяющим планету, экологические продукты фотосинтеза необходимы не только для пищевой значимости, но и для осуществления хозяйственной деятельности.

Читайте также: