Автотрофне живлення

Життя на Землі залежить від автотрофних організмів. Майже всі органічні речовини, необхідні для живих клітин, виробляються в процесі фотосинтезу.

Фотосинтез (від грец. Фотос – світло і сінтезіс – з’єднання, поєднання) – перетворення зеленими рослинами і фотосинтезуючими мікроорганізмами неорганічних речовин (води і вуглекислого газу) в органічні за рахунок сонячної енергії, яка перетворюється на енергію хімічних зв’язків в молекулах органічних речовин.

Історія відкриття та вивчення фотосинтезу. Протягом декількох століть вчені-біологи намагалися розгадати таємницю зеленого листа. Довгий час вважалося, що рослини створюють поживні речовини з води і мінеральних речовин.

Відкриття ролі зеленого листа належить не біологу, а хіміку – англійському вченому Джозефу Прістлі (рис. 55). У 1771 р, вивчаючи значення повітря для горіння речовин і дихання, він поставив наступний досвід. У герметичний скляну посудину він помістив мишу і переконався через деякий час в тому, що вона, витративши на дихання весь кисень повітря, загинула. Але якщо поруч з нею ставили жива рослина, то миша продовжувала жити. Отже, повітря в посудині залишався хорошим. Прістлі зробив важливий висновок: рослини покращують повітря, насичуючи його киснем, – роблять його придатним для дихання. Так вперше була встановлена роль зелених рослин. Прістлі першим висловив припущення і про роль світла в життєдіяльності рослин.

Великий внесок у вивчення фотосинтезу вніс російський вчений К.А. Тімірязєв (рис. 56). Він досліджував вплив різних ділянок спектра сонячного світла на процес фотосинтезу і встановив, що фотосинтез найбільш ефективний у червоних променях. Тімірязєв довів, що, засвоюючи вуглець в присутність сонячного світла, рослина перетворює його енергію в енергію органічних речовин.

У своїй роботі «Сонце, життя і хлорофіл» К. А. Тімірязєв докладно описав і науково обґрунтував свої досліди. Його методи лабораторних досліджень використовували інші вчені для подальших робіт з вивчення фотосинтезу. Актом авторитетного визнання наукових заслуг вченого стало запрошення Климента Аркадійовича Тімірязєва в 1903 р в Лондонське королівське товариство для читання знаменитої лекції «Космічна роль рослин». За свої роботи з вивчення фотосинтезу він був обраний почесним доктором ряду західноєвропейських університетів.

Фази фотосинтезу. У процесі фотосинтезу енергетично бідні вода і вуглекислий газ перетворюються на енергоємне органічна речовина – глюкозу. При цьому сонячна енергія акумулюється в хімічних зв’язках цієї речовини. Крім того, в процесі фотосинтезу в атмосферу виділяється кисень, який використовується організмами для дихання.

У світлову фазу завдяки сонячній енергії відбувається збудження молекул хлорофілу і синтез АТФ. Одночасно з цією реакцією під дією світла розкладається вода (Н20) з виділенням вільного кисню (02). Цей процес назвали фотоліз (від грец. Фотос – світло і лізис – розчинення). Утворилися іони водню зв’язуються з особливою речовиною – переносником іонів водню (НАДФ) і використовуються в наступній фазі.

Для протікання реакцій темпової фази наявність світла необов’язково. Джерелом енергії тут служать синтезовані в світлову фазу молекули АТФ. У темпової фазі відбувається засвоєння вуглекислого газу з повітря, його відновлення іонами водню і ооразованіе глюкози завдяки використанню енергії АТФ.

Вплив умов середовища на фотосинтез. При фотосинтезі використовується тільки 1% сонячної енергії, що падає на лист. Фотосинтез залежить від цілого ряду умов середовища. По-перше, найбільш інтенсивно цей процес протікає під впливом червоних променів сонячного спектра (рис. 58). Ступінь інтенсивності фотосинтезу визначається за кількістю виділився кисню, який витісняє воду з циліндра. Швидкість фотосинтезу залежить також і від ступеня освітленості рослини. Збільшення тривалості світлового дня призводить до зростання продуктивності фотосинтезу, т. Е. Кількості утворених рослиною органічних речовин.

Значення фотосинтезу. Продукти фотосинтезу використовуються:

організмами в якості поживних речовин, джерела енергії і кисню для процесів життєдіяльності;
у виробництві людиною продуктів харчування;
в якості будівельного матеріалу для споруд жител, у виробництві меблів та ін.
Людство своїм існуванням зобов’язана фотосинтезу. Всі запаси пального на Землі – це продукти, утворені в результаті фотосинтезу. Використовуючи вугілля та деревину, ми отримуємо енергію, яка була запасена в органічних речовинах при фотосинтезі. Одночасно в атмосферу виділяється кисень. За підрахунками вчених, без фотосинтезу весь запас кисню був би витрачений за 3000 років.

Хемосинтез. Крім фотосинтезу, відомий ще один спосіб отримання енергії і синтезу органічних речовин з неорганічних. Деякі бактерії здатні витягувати енергію шляхом окислення різних неорганічних речовин. Для створення органічних речовин їм не потрібне світло. Процес синтезу органічних речовин з неорганічних, що проходить завдяки енергії окислення неорганічних речовин, називають хемосинтезом (від лат. Хемія – хімія і грец. Сінтезіс – з’єднання, поєднання).

Хемосинтезирующие бактерії були відкриті російським ученим С.Н.Віноградскім. Залежно від того, при окислюванні якої речовини виділяється енергія, розрізняють хемосинтезирующие железобактерии, серобактерии і азотобактерии.

Посилання на основну публікацію