Фотосинтез – енергія фотосинтезу

енергія фотосинтезу

Коли говорять, що в результаті фотосинтезу світлова енергія перетворюється на енергію хімічних зв'язків органічної речовини, то сильно спрощують реальну ситуацію. Таким же спрощенням є і зазвичай приводиться рівняння фотосинтезу:
бС09 + бН20 + енергія світла – »
- С6Н12О6 + бо2.
Дивлячись на рівняння, можна подумати, що енергія світла використовується спочатку для розкладання молекули діоксиду вуглецю (С09) на вуглець і кисень, а потім вже для приєднання атома вуглецю до молекули води.
Проте вчені змогли довести, що насправді це не так. У ході експерименту рослинам дали не звичайну воду, а «важку», в якій значна частина атомів кисню представлена ізотопами 180 (у звичайній воді переважають ізотопи 1бО). Потім провели ізотопний аналіз виділився в результаті фотосинтезу кисню і з'ясували, що весь він «мічений», тобто бере свій початок з води, а не з вуглекислого газу. Цей експеримент остаточно підтвердив, що на перших етапах фотосинтезу відбувається розкладання молекули води на водень і кисень. Атоми водню йдуть на побудову органічної речовини, а кисень виділяється в зовнішнє середовище як побічний продукт. Нам, істотам, не здатним жити без вільного кисню в атмосфері, важко уявити, що багатьом іншим організмам він не потрібен, але це саме так. Подібна схема фотосинтезу властива всім зеленим рослинам і ціанобактеріям. Але вона зовсім не універсальна. Наприклад, фотосинтезуючі серобактерии в якості джерела водню використовують не воду, а сірководень (H2S), виділяється само не кисень, а сірка.
Зелені рослини, ціанобактерії і серобактерии – це фототрофи, тобто джерелом енергії для їх життєдіяльності служить світло. Але не менш численні на нашій планеті і хемотрофи – організми, використовують не світлову енергію, а енергію, укладену безпосередньо в молекулах тих чи інших речовин. До хемотрофов відносяться всі тварини, гриби і дуже багато бактерії. При цьому якщо тварини, гриби і значна частина бактерій потребують досить складних органічних сполуках, то деякі бактерії можуть задовольнятися простими неорганічними речовинами. Так, наприклад, железобактерії отримують енергію, окислюючи залізо-.
4FeCCX + О, + бН90
4Fe (OH) 3
+
+ 4С09 + енергія.
Існують бактерії, які отримують енергію за рахунок окислення сполук азоту – аміаку або нітриту. Процес, званий нітрифікація, надзвичайно важливий для підтримки круговороту азоту на Землі
Всі живі істоти можна розділити на дві великі групи залежно від того, які з'єднання служать їм джерелом вуглецю. Так, зелені рослини, ціанобактерії, железобактерії, фотосинтезуючі сірчані, нитрифицирующие і деякі інші бактерії подібні між собою тим, що необхідний їм вуглець вони отримують з вуглекислого газу. Тварини, гриби і більшість бактерій в якості джерела вуглецю використовують тільки готові органічні сполуки. Організми першої групи – це автотрофи, тобто «самопітающіеся», а представники другої – гетеротрофи, тобто «харчуються іншим».
Два можливих джерела енергії (світлова або хімічна) і два
джерела вуглецю (ОЕ9 або органічна речовина) дали чотири варіанти комбінацій один з одним, які з'явилися в ході еволюції, причому на досить ранніх її етапах Що ж це за групи?

По-перше, фотоавтотрофи, які використовують як джерело енергії світло, а як джерело вуглецю – С09. Дана дуже обширна група включає всі зелені рослини, ціанобактерії і частина серобактерий.

По-друге, хемоавтотрофи, що використовують хімічну енергію, а як джерело вуглецю – С09. До них відносяться бактерії, що утворюють метан, бактерії, що перетворюють різні сполуки азоту, а також серобактерии, що одержують енергію за рахунок окислення сірководню та





Фумаролами – вихід
струменя гарячих
сірчистих газів
в районі діючих
вулканів -
на Кунашир, одному
з Курильських
островів. У подібних
багатих сірої місцях
можливо
су простування
бактерій-
хемоавтотрофов,
используюшую
перетворення сірки
як джерело енергії.
інших сульфідів. Остання група бактерій забезпечує існування свого роду оазисів життя на великих глибинах океану, в так званих гідротермах – місцях виходу гарячих джерел, багатих сполуками сірки.
По-третє, фотогетеротрофи, що використовують енергію світла, але потребують в органічній речовині, з якого вони беруть вуглець. Це невелика група бактерій, наприклад таких, як пурпурні несірчані.
По-четверте, хемогетеротрофи, що живуть за рахунок використання енергії хімічних речовин і отримують вуглець з органічних сполук. Це дуже численна група, що об'єднує всіх тварин, гриби, багатьох бактерій і навіть деякі вищі рослини, що перейшли до паразитичного способу життя і тому втратили спосіб-
ність до фотосинтезу (наприклад, росте в лісах середньої смуги петрів хрест).
Отже, що ж відрізняє живе від неживого з «енергетичної» точки зору? У неживих системах енергія будь-яких видів з часом перетворюється на розсіяну теплову. Таке «знецінення» енергії вимірюють величиною, яку називають ентропією. Зростання ентропії – це зменшення впорядкованості. Переважна більшість процесів в неживій природі призводять до зростання ентропії: кристал, відкритий дощам і вітрам, буде з часом буквально стертий в порошок, втративши свою високу впорядкованість; складна речовина швидше розпадеться на кілька простих, ніж утворює ще більш складну і впорядковану структуру. Те ж можна спостерігати повсякденно в будь-якому будинку: так, розкидані по всій кімнаті книги ніколи самі собою не вишикуються на полиці. Живі ж організми можуть збільшувати свою впорядкованість, утворюючи дуже складні структури. Однак, як показав відомий бельгійський вчений, нобелівський лауреат І. Пригожий, це можливо лише за рахунок безперервної роботи, в процесі якої відбувається обов'язкове розсіювання енергії. Впорядкованість живого не виникає сама по собі. За неї організму постійно доводиться розплачуватися енергією, а значить – збільшенням ентропії в навколишньому середовищі.