Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

Известные экологи

Владимир Вернадский

Эдуард Зюсс

 

Джеймс Лавлок

Образование и разложение органических веществ. (Фотосинтез, дыхание, транспирация)

            Рассмотрим подробнее процессы аккумуляции солнечной энергии при образовании органических веществ и рассеивании ее при разрушении этих веществ. Жизнь на Земле зависит от потока энергии, образующейся в результате термоядерных реакций, идущих в недрах Солнца. Около 1 % солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется клетками растений (и некоторых бактерий) в химическую энергию синтезированных углеводов.

         Образование органических веществ на свету  называется фотосинтезом (гр. Свет, соединение)  Фотосинтез – это накопление  части солнечной энергии путем превращения ее потенциальную энергию химических связей органических веществ.

         Фотосинтез необходимое связующее звено между живой и неживой природой.  Без притока энергии от Солнца жизнь на нашей планете, подчиняясь второму закону термодинамики прекратилась бы навсегда. Сравнительно недавно (конец 18 столетия) было обнаружено, что в образующихся при фотосинтезе органических веществах соотношение углерода, водорода и кислорода таково, что на 1 атом углерода приходится как бы 1 молекула воды (откуда и название сахаров – углеводы). Считалось, что углеводы образуются из углерода и воды, а кислород выделяется из СО2. Позже английский медик Корнелиус ван Ниль, изучая фото синтезирующие бактерии, показал, что в результате фотосинтеза серные бактерии выделяют серу, а не кислород:

Он предположил, что не СО2 , а вода разлагается при фотосинтезе, и предложил следующее суммарное уравнение фотосинтеза:

Для водорослей и зеленых растений Н2А это вода (Н2О). Для пурпурных серных бактерий Н2А – сероводорюд. Для других бактерий это может быть свободный водород или другое окисляемое вещество.

Эта идея в 30х годах 20го столетия была подтверждена экспериментально с использованием тяжелого изотопа кислорода (18О).

Для водорослей и зеленых растений суммарное уравнение фотосинтеза стали записывать следующим образом:

Синтезированные растениями углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал и др.) являются главным источником энергии для большинства гетеротрофных организмов, населяющих нашу планету. Разложение органических веществ происходит в процессе метаболизма (гр. изменение) в живых клетках.

         Метаболизмэто совокупность биохимических реакции и превращений энергии в живых клетках, сопровождающихся обменом веществ между  организмом и средой.

         Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катоболизмом, а приводящих к образованию новых молекул – анаболизмом.

         Превращения энергии в живых клетках осуществляются путем переноса электронов с одного уровня на другой или от одного атома или молекулы к другим. Энергия углеводов выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

         Дыхание – это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде углеводов, передается на универсальную энергонесущую молекулу аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

         Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18т10 Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее увеличению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные химические реакции таким образом, что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости. У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, сохраняется, и поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды. У растений скорость дыхания невелика, поэтому выделяемая теплота обычно не влияет на температуру растений. Дыхание может происходить как в аэробных (в присутствии кислорода), так и в анаэробных  (бескислородных) условиях.

         Аэробное дыхание процесс, обратный  фотосинтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С6 Н12О6) вновь разлагается с образованием СО2 и Н2О с высвобождением потенциальной энергии Qпот аккумулированной в этом веществе:

При этом

         Однако в отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате такого незавершенного дыхания образуются органические вещества, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами при других типах дыхания.

         Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а другое вещество, например уксусная кислота:

При этом

а выделяющийся метан обладает еще некоторым

запасом энергии q1 и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе по реакции:

         Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

         Брожение это анаэробное дыхание, при котором органическое вещество само служит акцептором электронов:

При этом

а образующийся спирт также содержит

некоторое количество энергии q2,  которая может быть использована другими организмами:

         Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество СО2 и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они важный и иногда даже необходимый процесс в экосистемах, где физические условия таковы, что микроорганизмы не успевают разлагать образующиеся органические остатки. Но окончательное разложение отмерших растений и животных осуществляется, в основном, гетеротрофными микроорганизмами редуцентами, примером которых являются широко распространенные в сточных и природных водах сапрофитные бактерии. Разложение органических веществ есть результат добывания необходимых химических элементов и энергии в процессе преобразовании пищи внутри клеток их тел. При прекращении этих процессов все биогенные элементы окажутся  связанными в мертвых остатках и  продолжение жизни станет невозможным. Комплекс разрушителей в биосфере состоит из огромного числа видов, которые, действуя последовательно, осуществляют распад органических веществ до минеральных. Процессы образования органических веществ и их распад называют процессами продукции (лат. создание, производство) и деструкции  (лат. разрушение).     Продукционнодеструкционный  баланс в биосфере в целом в современных условиях является положительным. Это обусловлено тем, что не все части отмерших растений и животных разрушаются с одинаковой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются достаточно быстро, а древесина (клетчатка, лигнин), хитин, кости очень медленно. Наиболее устойчивым промежуточным продуктом разложения органических веществ является гумус (лат. почва, перегной), дальнейшая минерализация которого очень замедлена. Медленное разложение гумуса одна из причин запаздывания деструкции по сравнению с продукцией. С точки зрения химии, гумусовые вещества представляют собой продукты конденсации (лат. скопление, уплотнение) ароматических соединений (фенолов, бензолов и др.) с продуктами распада белков и полисахаров. для их расщепления, видимо, требуются специальные ферменты, которые часто отсутствуют у почвенных и водных сапротрофов.

         Таким образом, разложение органических остатков длительный, многоступенчатый и сложный процесс, который контролирует несколько важных функций экосистемы: возвращение элементов питания в круговорот и энергии в систему; преобразование инертных веществ земной поверхности; образование безвредных комплексных соединений токсичных веществ; поддержание состава атмосферы, необходимого для жизни азробов. Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических  веществ от процессов  синтеза их зелеными растениями. Именно это отставание обусловило накопление в недрах планеты горючих ископаемых,  а в атмосфере кислорода. Установившийся в биосфере положительный баланс продукционнодеструкционных процессов обеспечивает жизнь аэробных организмов, в том числе и человека.