Фотосинтез — уникальный процесс создания органических веществ из неорганических. Это единственный на нашей планете процесс, связанный с превращением энергии солнечного света в энергию химических связей, заключённую в органических веществах. Таким способом поступившая из космоса энергия солнечных лучей, запасённая зелёными растениями в углеводах, жирах и белках, обеспечивает жизнедеятельность всего живого мира — от бактерий до человека.

Выдающийся русский ученый конца ХIХ – начала ХХ в. Климент Аркадьевич Тимирязев (1843-1920) роль зелёных растений на Земле назвал космической. 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.


Помимо запаса энергии и питания почти всего живого на Земле, фотосинтез важен и по другим причинам.

В процессе фотосинтеза выделяется кислород. Кислород необходим для процесса дыхания. При дыхания происходит обратных фотосинтезу процесс. Органические вещества окисляются, разрушаются и выделяется энергия, которую можно использовать на различные процессы жизнедеятельности (ходить, думать, расти и т. д.). Когда на Земле еще не было растений, то в воздухе кислорода почти не было. Примитивные живые организмы, обитавшие в те времена, окисляли органические вещества другими способами, не с помощью кислорода. Это было не эффективно. Благодаря кислородному дыханию живой мир получил возможность широкого и сложного развития. А кислород в атмосфере появился благодаря растениям и процессу фотосинтеза.

В стратосфере (это выше тропосферы — самого нижнего слоя атмосферы) кислород под действием солнечного излучения превращается в озон. Озон защищает живое на Земле от опасного ультрафиолетового солнечного излучения. Без озонового слоя жизнь не могла бы в процессе эволюции выйти из моря на сушу.

В процессе фотосинтеза из атмосферы поглощается углекислый газ. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания. Если бы он не поглощался, то накапливался бы в атмосфере и влиял наряду с другими газами на увеличение так называемого парникового эффекта. Парниковый эффект заключается в повышении температуры в нижних слоях атмосферы. При этом может начать меняться климат, начнут таять ледники, уровень океанов поднимется, в результате чего могут быть затоплены прибрежные земли и возникнут другие негативные последствия.


Во все органические вещества входит химический элемент углерод. Именно растения связывают его в органические вещества (глюкозу), получая из неорганических (углекислого газа). И делают они это в процессе фотосинтеза. В дальнейшем, «путешествуя» по пищевым цепям, углерод переходит из одних органических соединений в другие. В конечном итоге, при гибели организмов и их разложении, углерод снова переходит в неорганические вещества.

Для человечества фотосинтез также имеет важное значение. Уголь, торф, нефть, природный газ — это остатки растений и других живых организмов, накопившиеся за сотни миллионов лет. Они служат нам источником дополнительной энергии, что позволяет цивилизации развиваться.

Источник: bio-learn.com

До появления фотосинтеза жизнь на земле базировалась на микроорганизмах вырабатывающих энергию и органическое вещество в реакциях бескислородного автотрофного хемосинтеза используя для этого вулканические газы. Такие формы жизни существуют и сейчас в чёрных курильщиках и на них основаны экосистемы заканчивающиеся моллюсками и специально адаптированными к подобным условиям погонофорами a-la замкнутый червь внутри которого эти хемотрофы и живут.


нее считалось, что первые живые клетки были гетеротрофами и питались первичным бульоном — растворенными в первичном океане органическими веществами. Якоже повышение концентрации таковых до необходимой для возникновения жизни сильно напоминает ведическое "Пахтание океана" и сроки приблизительно совпадают (2.7 миллиарда лет). Неспроста это.

По современным же данным гены необходимые для автотрофного метаболизма появились раньше, чем гены гликолиза лежащего в основе метаболизма гетеротрофного. Кроме того гетеротрофных и автотрофные организмы должны были появится одновременно и по экологическим соображениям, так как бульона на долго бы не хватило, а продукты жизнедеятельности одних, являются субстратом для других и наоборот, как сие происходит и сейчас. Всем понятно, что без растений жизнь не возможна. Но она невозможна также и без гетеротрофных организмов (которыми могут быть не только животные, но например грибы или бактерии). Ибо растения быстро впитают в свои тела свободный углекислый газ, а извлечь его будет некому (сами по себе растения не разлагаются — у них нет для этого ферментов).

Позже сформировался и аноксигенный (бескислородный) фотосинтез как у зелёных и пурпурных бактерий или галофильных архей. .

iv>
первыми и открыли оксигенный фотосинтез и которые позже стали хлоропластами эукариотических растений) никак нельзя, ибо по данным сравнительного анализа рибосом выделено десять филогенетических стволов бактерий и различные формы фотосинтеза обнаружены в пяти из них. Таким образом цианобактерии ещё менее родственны пурпурным или зелёным бактериями бактериям, чем более близким им по происхождения группам нефотосинтезирующих бактерий. Надо думать, что оксигенные микроорганизмы есть пошли от несохранившейся до наших дней группы автотрофных организмов об которой мы не знаем вообще ничего.

После того, как в атмосфере накопилось достаточное количество кислорода Вишну поднял сушу и появилась Земля (океан значит был и до того) 2.1 миллиарда лет назад (сроки опять совпадают до сотен миллионов лет). Суша же образовалась в результате того, что образовавшийся кислород окислил метан находящийся в атмосфере и для его образования (а также и органического вещества) из неё был изъят углекислый газ. Данное привело к снижению парникового эффекта и глобальному обледенению Земли, когда полярные шапки сомкнулись на экваторе. Потом подтаяло и суша стала.


Тем же временем (а возможно и более ранним) датируются находки строматолитов — окаменевших остатков цианобактериальных матов — образований имевших в своей основе циано- и нитчатых бактерий, а так же некоторую примесь гетеротрофных бактерий различных групп. В современных цианобактериальных матах присутствуют также простейшие и черви, но в древнейших из них таковых понятно быть не могло. Якоже мат представляет собой систему с нулевым балансом. То есть если поместить его в замкнутую вещь он сможет существовать там практически вечно, если вечно к нему будет поступать солнечный свет. Те же вещества которые образуются в процессе жизнедеятельности одних населяющих его организмов перерабатываются другими и наоборот. Этим он напоминает биосферу в миниатюре.

После того как климатические условия и уровень организации жизни совпал так, что стало возможным бурное развитие растительности и кислорода стало достаточно для того, чтобы обеспечить им многоклеточные организмы получился кембрийской взрыв, после которого в осадках стали обнаруживается скелеты моллюсков, членистоногих, и прочих как современных, так и вымерших типов многоклеточных.

Однако попытки сформировать многоклеточность возможно происходили и до того, так организмами пытавшимися сие осуществить могли быть проартикуляты и в частности дикинсония.

>

Дикинсония это очень древнее как показали новейшие 24. 09. 2018. исследования животные. Новейшая методика позволяет выделить из их палеонтологических находок органические вещества и методами сравнительного анализа определить их принадлежность к определенному царству живой природы. Они жили во времена предшествовавшие кембрийскому взрыву и именно он рассматривался современниками Дарвина как акт творения поскольку тогда большинство типов животных появились по геологическим меркам практически одновременно. Тогда у учёных не было неопровержимых доказательств того, что многоклеточные животные образовывались и ранее, просто условия позволяющие им сформировать хорошо сохраняющейся скелет (накопление в воде солей фосфора и кальция) и расплодится в достаточных количествах (кислорода) наступили только со времён кембрийского взрыва.

Сами дикинсонии жили скорее всего в цианобактериальных матах. Ни мышц, не пищеварительной системы у дикинсоний не обнаружено и они скорее всего впитывали органику всей поверхностью тела.

Проблема же сегодня стоит так; были ли они предками современных многоклеточных животных или одной из предведущих попыток формирования таковых, подобно «артроподизации», когда кембрийские беспозвоночные разными путями пытались превратиться в членистоногих. глоссатизации (бабочкизации) у каллиграмматид — хоботковых сетчатокрылых насекомых, которые напоминали современных бабочек по своему внешнему облику и особенностям биологии. «Маммализации», то есть независимом появлении признаков млекопитающих у разных зверообразных рептилий. «Ангиоспермизации», когда различные группы голосеменных растений эволюционировали в одном и том же направлении, обзаводясь признаками цветковых. И прочих вещах конвергентной эволюции.

Каково значение фотосинтеза в природе обеспечивает организмы


И под занавес немного о глобальном потеплении и балансе веществ в биосфере. Также как животные в дикой природе постоянно страдают от дефицита органического вещества, так и растения страдают от дефицита углекислого газа ибо жизнь устроена так, что наращивает свою биомассу до максимально возможного предела. Если бы углекислого газа стало больше, то и биомассы растений стало бы больше тоже, а значит они вберут в свои тела и поступивший углекислый газ. + к тому повышение испарений с океана, приводящие к увеличению количества осадков что приводит к обводнения пустынь. И таяние вечной мерзлоты.

Ом.

Источник: www.bolshoyvopros.ru

Основное понятие

Фотосинтез – это не что иное, как цепочка уникальных физико-химических реакций. В чем же он заключается? Зеленые растения, а также некоторые бактерии поглощают солнечные лучи и преобразовывают их в электромагнитную энергию. Конечным результатом фотосинтеза является энергия химических связей разнообразных органических соединений.

В растении, которое осветили солнечные лучи, в определенной последовательности происходят окислительно-восстановительные реакции. Вода и водород, представляющие собой доноров-восстановителей, перемещаются в виде электронов к акцептору-окислителю (углекислому газу и ацетату). В результате образуются восстановленные соединения углеводов, а также кислород, который и выделяют растения.

История изучения фотосинтеза


На протяжении многих тысячелетий человек был убежден в том, что питание растения происходит по его корневой системе через почву. В начале шестнадцатого века голландским натуралистом Яном Ван Гельмонтом был проведен эксперимент с выращиванием растения в горшке. После взвешивания почвы до посадки и после того как растение достигло определенных размеров, им был сделан вывод о том, что все представители флоры получают питательные вещества в основном из воды. Этой теории придерживались ученые в течение двух последующих столетий.

Неожиданное для всех, но правильное предположение о питании растений было сделано в 1771 г. химиком из Англии Джозефом Пристли. Поставленные им опыты убедительно доказали, что растения способны очистить воздух, который ранее был не пригоден для дыхания человека. Несколько позже был сделан вывод о том, данные процессы невозможны без участия солнечного света. Ученые выяснили, что зеленые листочки растений не просто превращают полученный ими углекислый газ в кислород. Без этого процесса невозможна их жизнь. В совокупности с водой и минеральными солями углекислый газ служит пищей растениям. В этом заключено основное значение фотосинтеза для всех представителей флоры.

Роль кислорода для жизни на Земле


Опыты, которые были проведены английским химиком Пристли, помогли человечеству объяснить, почему воздух на нашей планете остается пригодным для дыхания. Ведь жизнь поддерживается, несмотря на существование огромного количества живых организмов и горение бесчисленного количества огней.

Возникновение жизни на Земле миллиарды лет назад было попросту невозможно. Атмосфера нашей планеты не содержала в себе свободного кислорода. Все изменилось с появлением растений. Весь находящийся сегодня в атмосфере кислород – это результат фотосинтеза, происходящего в зеленых листьях. Данный процесс изменил облик Земли и дал толчок к развитию жизни. Это бесценное значение фотосинтеза было до конца осознано человечеством лишь в конце 18 века.

Не является преувеличением утверждение, что само существование людей на нашей планете зависит от того, каково состояние растительного мира. Значение фотосинтеза заключено в его ведущей роли для протекания различных биосферных процессов. В глобальных масштабах эта удивительная физико-химическая реакция приводит к образованию органических веществ из неорганических.

Классификация процессов фотосинтеза

В зеленом листе происходит три важных реакции. Они и представляют собой фотосинтез. Таблица, в которую заносят данные реакции, применяется при изучении биологии. В ее строки вносят:

— фотосинтез;
— газообмен;
— испарение воды.

Те физико-химические реакции, которые происходят в растении при свете дня, позволяют зеленым листикам выделять двуокись углерода и кислород. В темное время суток – только первый из этих двух компонентов.

Синтез хлорофилла в некоторых растениях происходит даже при слабом и рассеянном освещении.

Основные этапы


Различают две фазы фотосинтеза, которые тесно связаны между собой. На первом этапе энергия лучей света преобразуется в высокоэнергетические соединения АТФ и универсальные восстановители НАДФН. Эти два элемента являются первичными продуктами фотосинтеза.

На втором (темновом) этапе полученные АТФ и НАДФН используются для фиксации углекислоты вплоть до ее восстановления в углеводы. Две фазы фотосинтеза имеют различия не только во времени. Они происходят и в различном пространстве. Тому, кто изучает по биологии тему «фотосинтез», таблица с точным указанием характеристик двух фаз поможет в более точном понимании процесса.

Механизм выработки кислорода

После поглощения растениями углекислого газа в них происходит синтез питательных веществ. Данный процесс осуществляется в зеленых пигментах, называемых хлорофиллами, под воздействием солнечных лучей. Основными составляющими этой удивительной реакции являются:

— свет;
— хлоропласты;
— вода;
— углекислый газ;
— температура.

Последовательность фотосинтеза

Выработка растениями кислорода осуществляется поэтапно. Основными стадиями фотосинтеза являются следующие:

— поглощение света хлорофиллами;
— разделение хлоропластами (внутриклеточными органоидами зеленого пигмента) полученной из почвы воды на кислород и водород;
— перемещение одной части кислорода в атмосферу, а другой – для осуществления дыхательного процесса растениями;
— образование молекул сахара в белковых гранулах (пиреноидах) растений;
— производство крахмалов, витаминов, жиров и т.д. в результате смешивания сахара с азотом.

Несмотря на то, что для осуществления фотосинтеза необходим солнечный свет, данная реакция способна протекать и при искусственном освещении.

Роль растительного мира для Земли

Основные процессы, происходящие в зеленом листе, уже достаточно полно изучила наука биология. Значение фотосинтеза для биосферы огромно. Это единственная реакция, приводящая к росту количества свободной энергии.

В процессе фотосинтеза каждый год происходит образование ста пятидесяти миллиардов тонн вещества органического типа. Кроме того, за указанный период растениями выделяется практически 200 млн. тонн кислорода. В связи с этим можно утверждать, что роль фотосинтеза огромна для всего человечества, так как данный процесс служит основным источником энергии на Земле.

В процессе уникальной физико-химической реакции происходит круговорот углерода, кислорода, а также многих других элементов. Из этого вытекает еще одно немаловажное значение фотосинтеза в природе. Данной реакцией поддерживается определенный состав атмосферы, при котором возможна жизнь на Земле.

Процесс, происходящий в растениях, ограничивает количество углекислого газа, не позволяя ему скапливаться в увеличенных концентрациях. Это также немаловажное значение фотосинтеза. На Земле благодаря зеленым растениям не создается так называемого парникового эффекта. Флора надежно защищает нашу планету от перегрева.

Растительный мир как основа питания

Немаловажна роль фотосинтеза для лесного и сельского хозяйства. Растительный мир является питательной базой для всех гетеротрофных организмов. Однако значение фотосинтеза кроется не только в поглощении зелеными листьями углекислого газа и получения такого готового продукта уникальной реакции, как сахар. Растения способны преобразовывать азотистые и серные соединения в вещества, из которых слагаются их тела.

Как же это происходит? Каково значение фотосинтеза в жизни растений? Данный процесс осуществляется посредством получения растением ионов нитратов. Эти элементы находятся в почвенной воде. В растение они попадают благодаря корневой системе. Клеточки зеленого организма перерабатывают ионы нитратов в аминокислоты, из которых слагаются белковые цепочки. В процессе фотосинтеза образуются и компоненты жиров. Они для растений являются важными запасными веществами. Так, в семенах многих плодов находится питательное масло. Этот продукт важен и для человека, так как находит применение в пищевой и сельскохозяйственной промышленности.

Роль фотосинтеза в получении урожая

В мировой практике работы сельскохозяйственных предприятий широко используются результаты изучения основных закономерностей развития и роста растений. Как известно, основой формирования урожая является фотосинтез. Его интенсивность, в свою очередь, зависит от водного режима культур, а также от их минерального питания. Каким же образом человек добивается увеличения плотности посевов и размеров листьев для того, чтобы растение максимально использовало энергию Солнца и забирало углекислый газ из атмосферы? Для этого оптимизируются условия минерального питания и водоснабжения сельскохозяйственных культур.

Научно доказано, что урожайность зависит от площади зеленых листьев, а также от интенсивности и длительности протекающих в них процессов. Но в то же время увеличение плотности посевов приводит к затенению листьев. К ним не может пробиться солнечный свет, и из-за ухудшения вентиляции воздушных масс в малых объемах поступает углекислый газ. В итоге происходит снижение активности процесса фотосинтеза и уменьшается продуктивность растений.

Роль фотосинтеза для биосферы

По самым приблизительным подсчетам, только автотрофные растения, обитающие в водах Мирового океана, ежегодно превращают от 20 до 155 млрд. тонн углерода в органическое вещество. И это при том, что энергия солнечных лучей используется ими лишь на 0,11%. Что касается наземных растений, то они ежегодно поглощают от 16 до 24 млрд. тонн углерода. Все эти данные убедительно говорят о том, насколько велико значение фотосинтеза в природе. Только в результате данной реакции атмосфера восполняется необходимым для жизни молекулярным кислородом, который необходим для горения, дыхания и разнообразной производственной деятельности. Некоторые ученые полагают, что в случае повышения содержания углекислого газа в атмосфере происходит увеличение скорости фотосинтеза. При этом атмосфера пополняется недостающим кислородом.

Космическая роль фотосинтеза

Зеленые растения являются посредниками между нашей планетой и Солнцем. Они улавливают энергию небесного светила и обеспечивают возможность существования жизни на нашей планете.

Фотосинтез представляет собой процесс, о котором можно говорить в космических масштабах, так как он в свое время способствовал преображению образа нашей планеты. Благодаря реакции, проходящей в зеленых листьях, энергия солнечных лучей не рассеивается в пространстве. Она переходит в химическую энергию вновь образованных органических веществ.

Человеческому обществу продукты фотосинтеза нужны не только для пищи, но и для осуществления хозяйственной деятельности.

Однако человечеству важны не только те лучи солнца, которые падают на нашу Землю в настоящее время. Крайне необходимы для жизни и осуществления производственной деятельности те продукты фотосинтеза, которые были получены миллионы лет назад. Они находятся в недрах планеты в виде пластов каменного угля, горючего газа и нефти, торфяных месторождений.

Источник: www.syl.ru

Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия – основной источник энергии для человечества.

Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода.

Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта».

Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную или опосредованную базу питания всех других гетеротрофных организмов, фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей планете. Он – важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Хотя возможности воздействия на него еще не велики, но все же и они, в какой то мере используются. При повышении концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1% (против 0,3% в естественной атмосфере) удалось, например, повысить урожайность огурцов и томатов втрое.

Квадратный метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует около одного грамма сахара; это значит, что все растения, по приблизительной оценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в год. Около 60% этого количества поглощают леса, занимающие 30% непокрытой льдами поверхности суши, 32% — окультуренные земли, а оставшиеся 8% — растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков.

Зеленое растение способно не только использовать углекислый газ и создавать сахар, но и превращать азотные соединения, и соединения серы в вещества, слагающие его тело. Через корневую систему растение получает растворенные в почвенной воде ионы нитратов и перерабатывает их в своих клетках в аминокислоты – основные компоненты всех белковых соединений. Компоненты жиров также возникают из соединений, образующихся в процессах обмена веществ и энергии. Из жирных кислот и глицерина возникают жиры и масла, которые служат для растения, главным образом, запасными веществами. В семенах приблизительно 80% всех растений, в качестве богатого энергией запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и масел играет важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Айкхорн П. и др. «Современная ботаника», стр. 95-99.

  2. Артемов А. «Энциклопедия БИОЛОГИЯ», 1995, стр. 200-203.

  3. Коган В. Л. и др. «Биология», 1984, стр. 160-161.

  4. Медведева В. «Ботаника», 1980, стр. 128-131.

  5. Питерман И. и др. «Интересная ли ботаника?», 1979, стр.19-20.

  6. Пенкин П. «Физиология растений», 1975, стр.69.

  7. Челобитько Г. и др. «Ботаника», 1990, стр.79, 102-103.

Источник: StudFiles.net

Образование биомассы

Живые существа, – растения, грибы, бактерии и животные, состоят из органических веществ. Вся масса органики изначально образуется в процессе фотосинтеза, идущего в автотрофных организмах – растениях и некоторых бактериях.

Авто- и гетеротрофные организмы

Рис. 1. Авто- и гетеротрофные организмы.

Гетеротрофные организмы, потребляя в пищу растения, лишь видоизменяют органические вещества, не увеличивая общую биомассу планеты. Уникальность фотосинтеза в том, что при синтезе органических веществ происходит запасание в их химических связях энергии солнца. Фактически, фотосинтезирующие организмы «привязывают» солнечную энергию к Земле.

Поддержание жизни

Фотосинтез постоянно образует из углекислого газа и воды органические вещества, которые являются пищей и средой обитания для различных животных и человека.

Вещество и энергия, запасённые при фотосинтезе, широко используются человеком:

  • ископаемые энергоресурсы;
  • древесина;
  • дикорастущие растения как сырьё и эстетический ресурс;
  • продукция пищевого и технического растениеводства.

1 гектар леса или парка поглощает летом за 1 час 8 кг углекислого газа. Такое количество выделяется за то же время двумястами человек.

Атмосфера

Состав атмосферы менялся именно благодаря процессу фотосинтеза. Количество кислорода постепенно росло, повышая возможности организмов к выживанию. Изначально первая роль в образовании кислорода принадлежала зелёным водорослям, а теперь лесам.

Каково значение фотосинтеза в природе обеспечивает организмы

Рис. 2. График изменения содержания О₂ в атмосфере в процессе эволюции.

Одним из следствий повышения содержания кислорода в атмосфере является образование озонового слоя, защищающего живые организмы от вредного солнечного излучения.

Считается, что именно после образования слоя озона стала возможной жизнь на суше.

Значение фотосинтеза на современном этапе приобрело новый аспект. Фотосинтез сдерживает рост концентрации СО₂ в воздухе, идущий за счёт сжигания топлива на транспорте и в промышленности. Этим ослабляется парниковый эффект. Интенсивность фотосинтеза повышается с возрастанием концентрации СО₂ до определённого предела.

Каково значение фотосинтеза в природе обеспечивает организмы

Рис. 3. График зависимости фотосинтеза от содержания СО₂ в воздухе.

Источник: obrazovaka.ru