Интересные факты о фотосинтезе кратко

Обновлено: 02.07.2024

16.03.2017

Все мы еще со школьных времен знаем, что фотосинтез – это сложный биохимический процесс, в результате которого живые существа используют энергию солнца для преобразования углекислого газа в питательные вещества. Таким способом питаются не только растения, но и многие виды водорослей, простейшие и бактерии. Благодаря фотосинтезу, каждый зеленый листочек на дереве становится миниатюрной фабрикой, производящей питательные вещества и выделяющей столь необходимый для животных и людей кислород.

А что еще мы знаем о фотосинтезе? Мы собрали 6 фактов специально для Вас.

1) Жизни всех людей и животных планеты зависят от органических веществ, синтезируемых растениями в результате фотосинтеза, а фотосинтез, в свою очередь, напрямую зависит от температуры, интенсивности и длины световых волн, а также уровня содержания углекислого газа в окружающей среде.

2) Оказывается, что выжить при помощи фотосинтеза могут даже слизни. Восточная изумрудная элизия (Elysia chlorotica) является уникальным видом слизней, которые переваривают хлоропласты из водорослей во время питания. Таким образом, живые части поглощенных водорослей продолжают фотосинтезировать уже внутри слизня, обеспечивая его дополнительными питательными веществами.

3) Кто-нибудь задумывался над тем, почему хвойные деревья имеют конусообразную форму? Именно благодаря такой форме они имеют возможность подставить под солнечный свет большую часть своих веток, особенно тех, которые растут в верхней части дерева.

4) Больше половины общего объема кислорода в мире синтезируется фитопланктоном в мировом океане, и только 30% кислорода вырабатывается в тропических лесах.

5) Глубоко на океаническом дне, где уже нет живых организмов, живут невероятные бактерии, использующие для фотосинтеза очень слабый свет от гидротермальных источников.

6) В Африке, на побережье Атлантического океана, живет удивительное растение – вельвичия (Welwitschia mirabilis). Это растение для фотосинтеза имеет всего два листочка, но, несмотря на это, возраст современных особей вельвичии достигает двух тысяч лет.

Фотосинтез — это название, данное набору биохимических реакций, которые превращают углекислый газ и воду в сахарную глюкозу и кислород. Читайте дальше, чтобы узнать больше об этой увлекательной и важной концепции.

Глюкоза — это не просто еда

Молекула глюкозы может использоваться для получения химической энергии или в качестве строительного блока для создания более крупных молекул.

Хотя сахарная глюкоза используется для получения энергии, у нее есть и другие цели. Например, растения используют глюкозу как строительный блок для создания крахмала для длительного хранения энергии и целлюлозу для создания структур.

Листья зеленые из-за хлорофилла

Магний находится в основе молекулы хлорофилла. Наиболее распространенной молекулой, используемой для фотосинтеза, является хлорофилл . Растения зеленые, потому что их клетки содержат много хлорофилла. Хлорофилл поглощает солнечную энергию, которая запускает реакцию между углекислым газом и водой. Пигмент кажется зеленым, потому что он поглощает синие и красные волны света, отражая зеленый цвет.

Хлорофилл — не единственный фотосинтетический пигмент

Когда производство хлорофилла замедляется, становятся видны другие пигменты листьев.

Хлорофилл — это не отдельная молекула пигмента, а скорее семейство родственных молекул, имеющих схожую структуру. Существуют и другие молекулы пигмента, которые поглощают/отражают световые волны различной длины.

Растения кажутся зелеными, потому что их самый распространенный пигмент — хлорофилл, но иногда можно увидеть и другие молекулы. Осенью листья вырабатывают меньше хлорофилла, чтобы подготовиться к зиме. По мере замедления выработки хлорофилла листья меняют цвет . Вы можете увидеть красный, фиолетовый и золотой цвета других фотосинтетических пигментов. Водоросли обычно имеют и другие цвета.

Растения осуществляют фотосинтез в органеллах, называемых хлоропластами

Хлоропласт — это место фотосинтеза в растительных клетках. Эукариотические клетки, как и клетки растений, содержат специализированные мембранные структуры, называемые органеллами. Хлоропласты и митохондрии — два примера органелл. Обе органеллы участвуют в производстве энергии.

Митохондрии выполняют аэробное клеточное дыхание, которое использует кислород для образования аденозинтрифосфата (АТФ). Разрыв одной или нескольких фосфатных групп в молекуле высвобождает энергию в той форме, которую могут использовать клетки растений и животных.

Магическое число — шесть

Глюкоза — это простой сахар, но это большая молекула по сравнению с углекислым газом или водой. Для образования одной молекулы глюкозы и шести молекул кислорода требуется шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды. Сбалансированное химическое уравнение для общей реакции:

Фотосинтез — это обратное клеточному дыханию

И фотосинтез, и клеточное дыхание дают молекулы, используемые для получения энергии. Тем не менее, фотосинтез производит сахарную глюкозу, которая является молекулой хранения энергии. Клеточное дыхание превращает сахар в форму, которую могут использовать как растения, так и животные.

Фотосинтез требует углекислого газа и воды для производства сахара и кислорода. Клеточное дыхание использует кислород и сахар для высвобождения энергии, углекислого газа и воды.

Растения и другие фотосинтезирующие организмы выполняют оба набора реакций. В дневное время большинство растений поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Днем и ночью растения используют кислород для высвобождения энергии из сахара и выделения углекислого газа. У растений эти реакции неодинаковы. Зеленые растения выделяют гораздо больше кислорода, чем используют. Фактически, они ответственны за пригодную для дыхания атмосферу Земли.

Растения — не единственные организмы, которые осуществляют фотосинтез

Восточный шершень

Организмы, которые используют свет для получения энергии, необходимой для приготовления пищи, называются производителями . Напротив, потребители — это существа, которые едят производителей, чтобы получить энергию. В то время как растения являются наиболее известными производителями, водоросли, цианобактерии и некоторые простейшие также производят сахар посредством фотосинтеза.

Большинство людей знают, что водоросли и некоторые одноклеточные организмы фотосинтезируют, но знаете ли вы, что некоторые многоклеточные животные тоже делают это? Некоторые потребители используют фотосинтез в качестве вторичного источника энергии. Например, вид морского слизня (Elysia chlorotica) крадет хлоропласты фотосинтетических органелл у водорослей и помещает их в свои собственные клетки. Пятнистая саламандра (Ambystoma maculatum) находится в симбиотических отношениях с водорослями, используя дополнительный кислород для снабжения митохондрий. Восточный шершень (Vespa orientalis) использует пигмент ксантоперин для преобразования света в электричество, которое он использует как своего рода солнечную батарею для ночной активности.

CAM-растения по-прежнему фотосинтезируют, но поглощают углекислый газ только ночью.

Общая реакция описывает вход и выход фотосинтеза, но растения используют разные наборы реакций для достижения этого результата. Все растения используют два основных пути: световые реакции и темновые реакции (цикл Кальвина).

В фотосинтезе C₄ вместо RuBP-карбоксилазы используется фермент PEP-карбоксилаза. Этот фермент полезен, когда воды может быть мало, но все фотосинтетические реакции не могут происходить в одних и тех же клетках.

При метаболизме кассулосовой кислоты или фотосинтезе CAM, углекислый газ попадает в растения только ночью, где он хранится в вакуолях для переработки в течение дня. Фотосинтез CAM помогает растениям экономить воду, потому что устьица листьев открываются только ночью, когда прохладнее и влажнее. Недостатком является то, что растение может производить глюкозу только из накопленного углекислого газа. Поскольку производится меньше глюкозы, пустынные растения, использующие фотосинтез САМ, имеют тенденцию к очень медленному росту.

Растения созданы для фотосинтеза

Устьица похожи на маленькие дверцы на листьях, которые контролируют прохождение кислорода, углекислого газа и воды.

В том, что касается фотосинтеза, растения — настоящие волшебники. Вся их структура построена для поддержки процесса. Корни растения предназначены для поглощения воды, которая затем транспортируется специальной сосудистой тканью, называемой ксилемой, поэтому она может быть доступна в фотосинтезирующем стебле и листьях. Листья содержат специальные поры, называемые устьицами, которые контролируют газообмен и ограничивают потерю воды. Листья могут иметь восковой налет, чтобы минимизировать потерю воды. У некоторых растений есть колючки, способствующие конденсации воды.

Фотосинтез делает планету пригодной для жизни

Фотосинтезирующие организмы выделяют кислород и фиксируют углерод, создавая на Земле пригодную для дыхания атмосферу.

Большинство людей знают, что фотосинтез высвобождает кислород, необходимый животным для жизни, но другим важным компонентом реакции является фиксация углерода. Фотосинтезирующие организмы удаляют из воздуха углекислый газ. Углекислый газ превращается в другие органические соединения, поддерживающие жизнь. В то время как животные выдыхают углекислый газ, деревья и водоросли действуют как поглотитель углерода, удерживая большую часть этого элемента в воздухе.

Со школы нам известно, что фотосинтез — это сложный биохимический процесс, в результате которого живые существа используют энергию солнца для преобразования углекислого газа на питательные вещества. Таким способом питаются не только растения, но и много видов водорослей, простейших и бактерий. Благодаря фотосинтезу каждый зеленый листочек на дереве — это маленькая фабрика которая производит питательные вещества и выделяет столь необходимый для животных и людей кислород.

1. Все животные и люди зависят от органических веществ, синтезированных растениями в результате фотосинтеза, а фотосинтез напрямую зависит от температуры, интенсивности и длины световых волн и уровня углекислого газа.

2. Оказывается что выжить с помощью фотосинтеза умеют даже слизни. Elysia chlorotica уникальный вид морских слизняков которые не переваривают хлоропласты из водорослей во время питания и таким образом живые части поглощенной водоросли продолжают фотосинтез уже в середине слизняка и обеспечивают его дополнительными питательными веществами.

3. Мало кто задумывается почему хвойные деревья имеют такую специфическую треугольную форму. Благодаря такой форме дерева имеют возможность выставить на свет большее количество своих иголочек, особенно тех, которые растут в верхней части дерева.

4. Более половины кислорода в мире синтезируется фитопланктоном в мировом океане и лишь около 30% кислорода производится в тропических лесах.

5. Глубоко на океаническом дне, там где уже нет солнечного света, живут невероятные бактерии, которые для фотосинтеза используют очень слабый свет от гидротермальных источников.

6. На побережье Атлантического океана в Африке обитает невероятное растение Вельвичия (Welwitschia mirabilis), которая имеет для фотосинтеза всего два листка и, несмотря на это, возраст некоторых современных особей достигает двух тысяч лет.

Фотосинтез - один из жизненно важных биологических процессов, которые протекают в природе и создают благоприятные условия для жизнедеятельности большинства живых организмов. Его основным результатом является выделение органических веществ и кислорода. Основная химическая реакция проходит между водой и углекислым газом, но для ее успешного протекания обязательно требуется участие света.

История проведения научных исследований по фотосинтезу

В процессе изучения растений и животных было сделано ряд важнейших экспериментов, которые привели ученых к открытию фотосинтеза. Произошло это еще несколько столетий назад. В 1600 году бельгийский биолог Ян Ван Гельмонт провел достаточно простой, но очень значимый эксперимент. Он поместил в горшок с землей небольшую ивовую веточку. Несколько лет растение получало в качестве полива дождевую воду, что привело к увеличению его массы на 60 кг. При этом вес земли в горшке уменьшился всего на 50 грамм.

Рис. 1. Процесс фотосинтеза В 1771 году англичанин по имени Джозеф Пристли также провел очень значимый эксперимент. Он закрыл под колпаком мышь, но существо погибло от удушья уже через 5 дней. В следующий раз он поместил под колпак не только мышку, но и небольшую веточку зеленой мяты. Животное выжило, а ученый сделал выводы о существовании некоего процесса, противоположного дыханию. Также этот эксперимент доказал способность зеленых растений выделять кислород в процессе собственной жизнедеятельности.

Важно! Джозеф Пристли большую часть жизни посвятил службе священнослужителем в английской церкви, но вошел в историю человечества в роли выдающегося ученого.

В 1782 году швейцарец Жан Сенебье привел научные доказательства химического распада углекислого газа под длительным влиянием солнечного света. Этот процесс беспрерывно происходит внутри зеленых органоидов практически всех растений. В 1787 году француз Жак Бусенго обнаружил, что растительность поглощает воду в процессе синтеза необходимых для ее жизнедеятельности органических веществ. А уже в 1864 году, немецкий биолог Юлиус Сакса сделал научный прорыв в исследовании процессов фотосинтеза и практически завершил цепочку открытий. Именно этот ученый смог доказать, что соотношение углекислого газа, потребляемого растениями, и вырабатываемого кислорода составляет пропорцию 1:1.

Особенности прохождения процессов фотосинтеза

углекислый газ
хлоропласты
солнечный свет
вода
температура

Рис. 2. Механизм бесхлорофилльного фотосинтеза галобактерий В морских и речных водорослях хлорофилл располагается в хроматофорах - светоотражающих и пигментсодержащих клетках. У обитающих на глубине водоемов бурых и красных водорослей в этом процессе участвуют другие пигменты, что связано с незначительным количеством поступающего к ним солнечного света. Если проанализировать пищевую цепочку живых существ, то фотосинтезирующие организмы будут находится в ее начале. Таким образом, автотрофы употребляются в пищу практически всеми живыми организмами Земли.

Важно! В результате фотосинтеза выделяющийся кислород поступает в атмосферу. Он необходим для дыхания всех растений и животный. Поднимаясь же в верхние слои атмосферы, кислород участвует в образовании озонового слоя, защищающего поверхность планеты от чрезмерного воздействия ультрафиолетовых лучей.

Как выполняется процесс фотосинтеза?

Свет попадает на хлоропласты, которые располагаются в листьях и стеблях зеленых растений.
Полуавтономные органеллы, расположенные внутри растительных клеток, начинают потреблять из почвы влагу, которая постепенно расщепляется на водород и кислород.

Важно! Эта химическая реакция также приводит к выработке кислорода. Важно! Оптимальным условием для фотосинтеза является наличие солнечных лучей, однако для некоторых фотосинтезирующих растений достаточно присутствия и искусственно созданного освещения.

Основные фазы

Особенности световой фазы

Свет, попадающий на растение, поглощается зеленым пигментом хлорофилла, что приводит к возбуждению молекулы и ее участию в процессе дальнейшего синтеза.
Вода расщепляется на несколько составляющих, одной из которых являются атомы водорода. Именно это вещество в итоге используется для синтеза углеводных соединений.
Синтез Аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - действующего вещества, играющего роль энергетического накопителя в большинстве биологических процессов.

Особенности темновой фазы

Этот процесс осуществляется в стромах хлоропластов, обеспечивая выделение растениями кислорода и синтез глюкозы. Для синтезирования моносахаридов из углекислого газа активно используются вещества и энергия, которые были запасены в результате химических реакций под влиянием солнца. К примеру, для получения 1 молекулы глюкозы растению необходимо израсходовать 12 НАДФН и 18 АТФ. Рассматриваемая фаза проходит круглосуточно, ведь для ее успешного осуществления не требуется расхода световой энергии. Стоит заметить, что, несмотря на определенные энергетические потери во время темновой фазы фотосинтеза, общий КПД биологического процесса остается достаточно высоким.

Значимость фотосинтеза для человека

В процессе фотосинтеза каждый листочек зеленого растения выполняет роль небольшой лаборатории, отвечающей за образование кислорода и органических веществ. Именно результат этой химической реакции обеспечивает органическую жизнь планеты необходимыми ресурсами. Поэтому крайне важно следить за жизнеспособностью флоры, охранять экологию и избегать чрезмерной вырубки лесов. Однако в мало засаженных растениями областях, например, пустынях или мегаполисах, человек также может продолжать свою жизнедеятельность.

Важно! Наземные растения обеспечивают Земле лишь 20% необходимого для существования живых организмов кислорода. Остальные же 80% синтезируются за счет морских, речных и океанических водорослей. Поэтому мировой океан нередко сравнивают с легкими планеты.

Читайте также: