Всем животным и большинству микроорганизмов необходимо все время поглощать из окружающей среды большое количество органических веществ. Их углеродные скелеты являются основой для биосинтеза, а контролируемое окисление этих скелетов дает метаболическую энергию для протекания жизненных процессов. Первые живые существа использовали органические вещества, которые возникли в результате геохимических процессов. Но большинство этих запасов была исчерпана миллиарды лет назад. С тех пор главным источником энергии для планеты Земля и всех ее жителей является солнечное излучение. Непосредственными потребителями энергии Солнца является фототрофные организмы, то есть те, которые способны к фотосинтезу.
Хлорофилл
В процессе эволюции фототрофы выработали специальное приспособление для поглощения энергии солнечных лучей.
Окрашенные вещества, способные поглощать солнечный свет и использовать его энергию, называются фотосинтетическими пигментами.
Вершиной эволюции фотосинтетических пигментов стал хлорофилл – пигмент зеленых растений (рис. 1).
Рис. 1. Структура хлорофилла
Ежегодно растительный мир образует за счет запасания солнечной энергии не менее 150 000 000 000 тонн органического вещества и более 200 000 000 000 тонн свободного кислорода.
Энергия, которая ежегодно превращается в процессах фотосинтеза более чем в 10 раз превышает количество энергии полезных ископаемых, которую использует население Земли в год.
Роль фотосинтеза
Сочетание фототрофности с автотрофности в одном организме было значительным эволюционным достижением. Энергия солнечных лучей в зеленых растениях не только фиксируется в высокоэнергетических соединениях, но сразу превращается в химическую энергию углеводородных веществ. Данные вещества, в свою очередь, служат источником энергии для гетеротрофных организмов.
Таким образом, фотосинтез – это единственный процесс в биосфере, который приводит к росту свободной энергии биосферы за счет внешнего источника (Солнца).
Он обеспечивает существование как зеленых растений, так и всех гетеротрофных организмов, в том числе и человека. Вот почему все живое на Земле зависит от фотосинтеза.
Кроме органических веществ, в результате фотосинтеза выделяется молекулярный кислород, который является необходимым условием существования аэробных организмов. Это еще одно значение фотосинтеза для биосферы Земли.
Круговорот кислорода, углерода и других химических элементов невозможно представить без участия фототрофных организмов. Именно фотосинтез создал современную атмосферу Земли и поддерживают ее постоянное состояние. Постоянная концентрация газов в атмосфере обеспечивает существование живых организмов не только непосредственно за счет относительно большой концентрации кислорода, но и опосредованно, ведь низкое содержание углекислого газа предупреждает повышение температуры поверхности планеты через так называемый «парниковый эффект».
Фотосинтезирующие микроорганизмы
Фотосинтез присущ не только зеленым растениям, но и фототрофным микроорганизмам. К последней группе относятся такие прокариоты, как пурпурные и зеленые бактерии, цианобактерии, о-хлорофиты, некоторые галобактерии. Кроме того, к фототрофным микроорганизмам относят некоторые водоросли из диатомовых, эвгленовых, пирофитовых, золотистых и др. Во всех этих микроорганизмах, исключая галобактерии, фотосинтез проходит при участии хлорофиллов. В галобактериях роль пигмента выполняет специфический белок бактериородопсин. В цианобактериях и водорослях при фотосинтезе выделяется кислород, а в других микроорганизмах он не образуется. Это связано с тем, что вместо воды в качестве донора электронов используются другие соединения, такие как сульфиды, тиосульфат, водород, органические вещества. Многие фототрофные бактерии способны также усваивать молекулярный азот. Фотосинтезирующие микроорганизмы, как и зеленые растения, принимают активное участие в накоплении органического вещества, особенно в водных экосистемах. Кроме того, они играют значительную роль в биогеохимическом круговороте азота и серы.
Не знаете, где заказать написание статьи по биологии на заказ? Авторы Студворк к вашим услугам!
Комментарии