Η φωτοσύνθεση είναι η μόνη διαδικασία στη βιόσφαιρα που οδηγεί σε αύξηση της ελεύθερης ενέργειας της λόγω εξωτερικής πηγής. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στα προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι η κύρια πηγή ενέργειας για την ανθρωπότητα.
Κάθε χρόνο, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, σχηματίζονται στη Γη 150 δισεκατομμύρια τόνοι οργανικής ύλης και απελευθερώνονται περίπου 200 εκατομμύρια τόνοι ελεύθερου οξυγόνου.
Ο κύκλος του οξυγόνου, του άνθρακα και άλλων στοιχείων που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση διατηρεί την τρέχουσα σύνθεση της ατμόσφαιρας που είναι απαραίτητη για τη ζωή στη Γη. Η φωτοσύνθεση αποτρέπει την αύξηση της συγκέντρωσης CO 2, αποτρέποντας την υπερθέρμανση της Γης λόγω του λεγόμενου «φαινόμενου του θερμοκηπίου».
Δεδομένου ότι τα πράσινα φυτά αντιπροσωπεύουν την άμεση ή έμμεση θρεπτική βάση όλων των άλλων ετερότροφων οργανισμών, η φωτοσύνθεση ικανοποιεί τις τροφικές ανάγκες όλων των ζωντανών όντων στον πλανήτη μας. Είναι η πιο σημαντική βάση της γεωργίας και της δασοκομίας. Αν και οι δυνατότητες επιρροής δεν είναι ακόμη μεγάλες, εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε κάποιο βαθμό. Αυξάνοντας τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα στο 0,1% (έναντι 0,3% στη φυσική ατμόσφαιρα), ήταν δυνατό, για παράδειγμα, να τριπλασιαστεί η απόδοση των αγγουριών και των ντοματών.
Ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας φύλλου παράγει περίπου ένα γραμμάριο ζάχαρης σε μία ώρα. Αυτό σημαίνει ότι όλα τα φυτά, σύμφωνα με μια πρόχειρη εκτίμηση, αφαιρούν από την ατμόσφαιρα από 100 έως 200 δισεκατομμύρια τόνους C ετησίως. Περίπου το 60% αυτής της ποσότητας απορροφάται από δάση, καταλαμβάνοντας το 30% της επιφάνειας του εδάφους που δεν καλύπτεται από πάγο, το 32% από καλλιεργούμενες εκτάσεις και το υπόλοιπο 8% από φυτά στεπών και ερημικών περιοχών, καθώς και πόλεις και κωμοπόλεις.
Ένα πράσινο φυτό είναι ικανό όχι μόνο να χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα και να δημιουργεί ζάχαρη, αλλά και να μετατρέπει ενώσεις αζώτου και ενώσεις θείου σε ουσίες που συνθέτουν το σώμα του. Μέσω του ριζικού συστήματος, το φυτό λαμβάνει νιτρικά ιόντα διαλυμένα στο νερό του εδάφους και τα επεξεργάζεται στα κύτταρα του σε αμινοξέα - τα κύρια συστατικά όλων των πρωτεϊνικών ενώσεων. Τα συστατικά των λιπών προέρχονται επίσης από ενώσεις που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια μεταβολικών και ενεργειακών διεργασιών. Τα λιπαρά οξέα και η γλυκερίνη παράγουν λίπη και έλαια, τα οποία χρησιμεύουν κυρίως ως εφεδρικές ουσίες για το φυτό. Οι σπόροι περίπου του 80% όλων των φυτών περιέχουν λίπη ως εφεδρική ουσία πλούσια σε ενέργεια. Η παραγωγή σπόρων, λιπών και ελαίων παίζει σημαντικό ρόλο στη γεωργία και τη βιομηχανία τροφίμων.
ΑΝΑΦΟΡΕΣ:
Eichhorn P. et al. Modern Botany, σσ. 95-99.
Artemov A. “Encyclopedia BIOLOGY”, 1995, σσ. 200-203.
Kogan V.L et al. “Biology”, 1984, σελ. 160-161.
Medvedeva V. “Botany”, 1980, σσ. 128-131.
Peterman I. et al. «Είναι ενδιαφέρουσα η βοτανική;», 1979, σελ. 19-20.
Penkin P. “Plant Physiology”, 1975, σ.69.
Chelobitko G. et al “Botany”, 1990, σελ. 79, 102-103.
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία ζωής των πράσινων φυτών, η μοναδική στη βιόσφαιρα που σχετίζεται με τη συσσώρευση ηλιακής ενέργειας. Η σημασία του έγκειται στη διαφοροποιημένη παροχή ζωής στη Γη.
Σχηματισμός βιομάζας
Τα έμβια όντα - φυτά, μύκητες, βακτήρια και ζώα - αποτελούνται από οργανικές ουσίες. Ολόκληρη η μάζα της οργανικής ύλης σχηματίζεται αρχικά κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η οποία συμβαίνει σε αυτότροφους οργανισμούς - φυτά και ορισμένα βακτήρια.
Ρύζι. 1. Αυτο- και ετερότροφοι οργανισμοί.
Οι ετερότροφοι οργανισμοί, που καταναλώνουν φυτά για τροφή, τροποποιούν μόνο οργανικές ουσίες χωρίς να αυξάνουν τη συνολική βιομάζα του πλανήτη. Η μοναδικότητα της φωτοσύνθεσης είναι ότι κατά τη σύνθεση των οργανικών ουσιών, η ηλιακή ενέργεια αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς τους. Στην πραγματικότητα, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί «συνδέουν» την ηλιακή ενέργεια στη Γη.
Υποστήριξη ζωής
Η φωτοσύνθεση παράγει συνεχώς οργανικές ουσίες από διοξείδιο του άνθρακα και νερό, οι οποίες παρέχουν τροφή και ενδιαίτημα για διάφορα ζώα και ανθρώπους.
Όλη η ενέργεια που χρησιμοποιείται στη ζωή των ζωντανών οργανισμών είναι αρχικά ηλιακή. Η φωτοσύνθεση στερεώνει αυτή την ενέργεια στη Γη και τη μεταδίδει σε όλους τους κατοίκους του πλανήτη.
Η ουσία και η ενέργεια που αποθηκεύονται κατά τη φωτοσύνθεση χρησιμοποιούνται ευρέως από τον άνθρωπο:
TOP 3 άρθραπου διαβάζουν μαζί με αυτό
- ορυκτών ενεργειακών πόρων·
- ξύλο;
- τα άγρια φυτά ως πρώτες ύλες και αισθητικοί πόροι.
- τρόφιμα και τεχνικά φυτικά προϊόντα.
1 εκτάριο δάσους ή πάρκου απορροφά 8 κιλά διοξειδίου του άνθρακα σε 1 ώρα το καλοκαίρι. Το ποσό αυτό διατίθεται για τον ίδιο χρόνο σε διακόσια άτομα.
Ατμόσφαιρα
Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άλλαξε ακριβώς λόγω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Η ποσότητα του οξυγόνου σταδιακά αυξήθηκε, αυξάνοντας την ικανότητα επιβίωσης των οργανισμών. Αρχικά, ο πρώτος ρόλος στον σχηματισμό οξυγόνου ανήκε στα πράσινα φύκια και τώρα τα δάση.
Ρύζι. 2. Γράφημα μεταβολών της περιεκτικότητας σε O2 στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξέλιξης.
Μία από τις συνέπειες της αύξησης της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα είναι ο σχηματισμός του στρώματος του όζοντος, το οποίο προστατεύει τους ζωντανούς οργανισμούς από την επιβλαβή ηλιακή ακτινοβολία.
Πιστεύεται ότι μετά το σχηματισμό του στρώματος του όζοντος έγινε δυνατή η ζωή στην ξηρά.
Η φωτοσύνθεση είναι ταυτόχρονα η κύρια πηγή και ένας παράγοντας για την ανάπτυξη της ζωής στη Γη.
Η αξία της φωτοσύνθεσης για σύγχρονη σκηνήεπίκτητος νέα πτυχή. Η φωτοσύνθεση αναστέλλει την αύξηση της συγκέντρωσης CO2 στον αέρα λόγω της καύσης καυσίμου στις μεταφορές και τη βιομηχανία. Αυτό μειώνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η ένταση της φωτοσύνθεσης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης CO2 μέχρι ένα ορισμένο όριο.
Ρύζι. 3. Γράφημα της φωτοσύνθεσης ανάλογα με την περιεκτικότητα σε CO2 στον αέρα.
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό και την απελευθέρωση οξυγόνου από τα φυτικά κύτταρα και ορισμένους τύπους βακτηρίων.
Βασική έννοια
Η φωτοσύνθεση δεν είναι τίποτα άλλο από μια αλυσίδα μοναδικών φυσικών και χημικών αντιδράσεων. Από τι αποτελείται; Τα πράσινα φυτά, καθώς και ορισμένα βακτήρια, απορροφούν το ηλιακό φως και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Το τελικό αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης είναι η ενέργεια χημικούς δεσμούςδιάφορες οργανικές ενώσεις.
Σε ένα φυτό που εκτίθεται στο ηλιακό φως, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συμβαίνουν με μια συγκεκριμένη σειρά. Το νερό και το υδρογόνο, που είναι αναγωγικοί παράγοντες του δότη, κινούνται με τη μορφή ηλεκτρονίων στον οξειδωτικό παράγοντα δέκτη (διοξείδιο του άνθρακα και οξικό άλας). Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται ανηγμένες ενώσεις υδατανθράκων, καθώς και οξυγόνο, το οποίο απελευθερώνεται από τα φυτά.
Ιστορία της μελέτης της φωτοσύνθεσης
Για πολλές χιλιετίες, ο άνθρωπος ήταν πεπεισμένος ότι η θρέψη ενός φυτού γίνεται μέσω του ριζικού του συστήματος μέσω του εδάφους. Στις αρχές του δέκατου έκτου αιώνα, ο Ολλανδός φυσιοδίφης Jan Van Helmont πραγματοποίησε ένα πείραμα με την καλλιέργεια ενός φυτού σε γλάστρα. Αφού ζύγισε το έδαφος πριν από τη φύτευση και αφού το φυτό είχε φτάσει σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλοι οι εκπρόσωποι της χλωρίδας λάμβαναν θρεπτικά συστατικά κυρίως από το νερό. Οι επιστήμονες τήρησαν αυτή τη θεωρία για τους επόμενους δύο αιώνες.
Μια απροσδόκητη αλλά σωστή υπόθεση για τη διατροφή των φυτών έγινε το 1771 από τον Άγγλο χημικό Joseph Priestley. Τα πειράματα που πραγματοποίησε απέδειξαν πειστικά ότι τα φυτά είναι ικανά να καθαρίσουν τον αέρα που προηγουμένως ήταν ακατάλληλος για την ανθρώπινη αναπνοή. Λίγο αργότερα συνήχθη το συμπέρασμα ότι αυτές οι διαδικασίες είναι αδύνατες χωρίς τη συμμετοχή ηλιακό φως. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα πράσινα φύλλα των φυτών κάνουν περισσότερα από το να μετατρέπουν απλώς το διοξείδιο του άνθρακα που λαμβάνουν σε οξυγόνο. Χωρίς αυτή τη διαδικασία η ζωή τους είναι αδύνατη. Μαζί με το νερό και τα μεταλλικά άλατα, το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμεύει ως τροφή για τα φυτά. Αυτή είναι η κύρια σημασία της φωτοσύνθεσης για όλους τους εκπροσώπους της χλωρίδας.
Ο ρόλος του οξυγόνου για τη ζωή στη Γη
Τα πειράματα που πραγματοποίησε ο Άγγλος χημικός Priestley βοήθησαν την ανθρωπότητα να εξηγήσει γιατί ο αέρας στον πλανήτη μας παραμένει αναπνεύσιμος. Εξάλλου, η ζωή διατηρείται παρά την ύπαρξη τεράστιου αριθμού ζωντανών οργανισμών και το κάψιμο αμέτρητων πυρκαγιών.
Η εμφάνιση της ζωής στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια ήταν απλώς αδύνατη. Η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δεν περιείχε ελεύθερο οξυγόνο. Όλα άλλαξαν με την έλευση των φυτών. Όλο το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα σήμερα είναι το αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης που συμβαίνει στα πράσινα φύλλα. Αυτή η διαδικασία άλλαξε την εμφάνιση της Γης και έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη της ζωής. Αυτή η ανεκτίμητη σημασία της φωτοσύνθεσης συνειδητοποιήθηκε πλήρως από την ανθρωπότητα μόλις στα τέλη του 18ου αιώνα.
Δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι η ίδια η ύπαρξη των ανθρώπων στον πλανήτη μας εξαρτάται από την κατάσταση του φυτικού κόσμου. Η σημασία της φωτοσύνθεσης έγκειται στον πρωταγωνιστικό της ρόλο για την εμφάνιση διαφόρων διεργασιών της βιόσφαιρας. Σε παγκόσμια κλίμακα, αυτή η εκπληκτική φυσικοχημική αντίδραση οδηγεί στον σχηματισμό οργανικών ουσιών από ανόργανες.
Ταξινόμηση διαδικασιών φωτοσύνθεσης
Τρεις σημαντικές αντιδράσεις συμβαίνουν σε ένα πράσινο φύλλο. Αντιπροσωπεύουν τη φωτοσύνθεση. Ο πίνακας στον οποίο καταγράφονται αυτές οι αντιδράσεις χρησιμοποιείται στη μελέτη της βιολογίας. Οι σειρές του περιλαμβάνουν:
Φωτοσύνθεση;
- ανταλλαγή αερίων.
- εξάτμιση νερού.
Αυτές οι φυσικοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο φυτό κατά τη διάρκεια της ημέρας επιτρέπουν στα πράσινα φύλλα να απελευθερώσουν διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο. Στο σκοτάδι - μόνο το πρώτο από αυτά τα δύο συστατικά.
Η σύνθεση της χλωροφύλλης σε ορισμένα φυτά συμβαίνει ακόμη και σε χαμηλό και διάχυτο φωτισμό.
Κύρια στάδια
Υπάρχουν δύο φάσεις της φωτοσύνθεσης, οι οποίες συνδέονται στενά μεταξύ τους. Στο πρώτο στάδιο, η ενέργεια των ακτίνων φωτός μετατρέπεται σε ενώσεις υψηλής ενέργειας ATP και γενικούς αναγωγικούς παράγοντες NADPH. Αυτά τα δύο στοιχεία είναι τα κύρια προϊόντα της φωτοσύνθεσης.
Στο δεύτερο (σκοτεινό) στάδιο, το ATP και το NADPH που προκύπτουν χρησιμοποιούνται για τη στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα μέχρι να μετατραπεί σε υδατάνθρακες. Οι δύο φάσεις της φωτοσύνθεσης διαφέρουν όχι μόνο χρονικά. Εμφανίζονται επίσης σε διαφορετικούς χώρους. Για όποιον μελετά το θέμα «φωτοσύνθεση» στη βιολογία, ένας πίνακας με ακριβή ένδειξη των χαρακτηριστικών των δύο φάσεων θα βοηθήσει στην ακριβέστερη κατανόηση της διαδικασίας.
Μηχανισμός παραγωγής οξυγόνου
Αφού τα φυτά απορροφήσουν διοξείδιο του άνθρακα, συνθέτουν θρεπτικά συστατικά. Αυτή η διαδικασία εμφανίζεται σε πράσινες χρωστικές που ονομάζονται χλωροφύλλες όταν εκτίθενται στο φως του ήλιου. Τα κύρια συστατικά αυτής της εκπληκτικής αντίδρασης είναι:
Φως;
- χλωροπλάστες.
- νερό?
- διοξείδιο του άνθρακα.
- θερμοκρασία.
Ακολουθία φωτοσύνθεσης
Τα φυτά παράγουν οξυγόνο σταδιακά. Τα κύρια στάδια της φωτοσύνθεσης είναι τα εξής:
Απορρόφηση φωτός από χλωροφύλλες.
- διαίρεση του νερού που λαμβάνεται από το έδαφος σε οξυγόνο και υδρογόνο από χλωροπλάστες (ενδοκυτταρικά οργανίδια πράσινης χρωστικής).
- μετακίνηση ενός μέρους του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα και του άλλου για την αναπνευστική διαδικασία των φυτών.
- σχηματισμός μορίων ζάχαρης σε πρωτεϊνικούς κόκκους (πυρενοειδή) φυτών.
- παραγωγή αμύλου, βιταμινών, λιπών κ.λπ. ως αποτέλεσμα της ανάμειξης ζάχαρης με άζωτο.
Παρά το γεγονός ότι η φωτοσύνθεση απαιτεί ηλιακό φως, αυτή η αντίδραση μπορεί επίσης να συμβεί κάτω από τεχνητό φως.
Ο ρόλος της χλωρίδας για τη Γη
Οι βασικές διεργασίες που συμβαίνουν σε ένα πράσινο φύλλο έχουν ήδη μελετηθεί πλήρως από την επιστήμη της βιολογίας. Η σημασία της φωτοσύνθεσης για τη βιόσφαιρα είναι τεράστια. Αυτή είναι η μόνη αντίδραση που οδηγεί σε αύξηση της ποσότητας της ελεύθερης ενέργειας.
Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σχηματίζονται εκατόν πενήντα δισεκατομμύρια τόνοι οργανικών ουσιών κάθε χρόνο. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τα φυτά απελευθερώνουν σχεδόν 200 εκατομμύρια τόνους οξυγόνου. Από αυτή την άποψη, μπορεί να υποστηριχθεί ότι ο ρόλος της φωτοσύνθεσης είναι τεράστιος για όλη την ανθρωπότητα, καθώς αυτή η διαδικασία χρησιμεύει ως η κύρια πηγή ενέργειας στη Γη.
Στη διαδικασία μιας μοναδικής φυσικοχημικής αντίδρασης, εμφανίζεται ο κύκλος του άνθρακα, του οξυγόνου και πολλών άλλων στοιχείων. Αυτό συνεπάγεται μια άλλη σημαντική σημασία της φωτοσύνθεσης στη φύση. Αυτή η αντίδραση διατηρεί μια ορισμένη σύνθεση της ατμόσφαιρας στην οποία είναι δυνατή η ζωή στη Γη.
Μια διαδικασία που συμβαίνει στα φυτά περιορίζει την ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα, εμποδίζοντας τη συσσώρευσή του σε αυξημένες συγκεντρώσεις. Αυτός είναι επίσης ένας σημαντικός ρόλος για τη φωτοσύνθεση. Στη Γη, χάρη στα πράσινα φυτά, δεν δημιουργείται το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η χλωρίδα προστατεύει αξιόπιστα τον πλανήτη μας από την υπερθέρμανση.
Η χλωρίδα ως βάση της διατροφής
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης για το δάσος και γεωργία. Χλωρίδαείναι μια θρεπτική βάση για όλους τους ετερότροφους οργανισμούς. Ωστόσο, η σημασία της φωτοσύνθεσης δεν έγκειται μόνο στην απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα από τα πράσινα φύλλα και στην παραγωγή ενός τέτοιου τελικού προϊόντος μιας μοναδικής αντίδρασης όπως η ζάχαρη. Τα φυτά είναι ικανά να μετατρέπουν ενώσεις αζώτου και θείου σε ουσίες που αποτελούν το σώμα τους.
Πώς συμβαίνει αυτό; Ποια είναι η σημασία της φωτοσύνθεσης στη ζωή των φυτών; Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται μέσω της παραγωγής νιτρικών ιόντων από το φυτό. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στο νερό του εδάφους. Εισέρχονται στο φυτό μέσω του ριζικού συστήματος. Τα κύτταρα ενός πράσινου οργανισμού επεξεργάζονται νιτρικά ιόντα σε αμινοξέα, τα οποία συνθέτουν πρωτεϊνικές αλυσίδες. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης παράγει επίσης συστατικά λίπους. Είναι σημαντικές εφεδρικές ουσίες για τα φυτά. Έτσι, οι σπόροι πολλών φρούτων περιέχουν θρεπτικό λάδι. Αυτό το προϊόν είναι επίσης σημαντικό για τον άνθρωπο, καθώς χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων και στη γεωργία.
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης στη φυτική παραγωγή
Στην παγκόσμια πρακτική των γεωργικών επιχειρήσεων, τα αποτελέσματα της μελέτης των βασικών προτύπων ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών χρησιμοποιούνται ευρέως. Όπως γνωρίζετε, η βάση για το σχηματισμό των καλλιεργειών είναι η φωτοσύνθεση. Η έντασή του, με τη σειρά του, εξαρτάται από το υδατικό καθεστώς των καλλιεργειών, καθώς και από τη μεταλλική τους διατροφή. Πώς επιτυγχάνει ένα άτομο αύξηση της πυκνότητας της καλλιέργειας και του μεγέθους των φύλλων, έτσι ώστε το φυτό να αξιοποιεί στο μέγιστο την ενέργεια του ήλιου και να παίρνει διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα; Για να επιτευχθεί αυτό, βελτιστοποιούνται οι συνθήκες για μεταλλική διατροφή και παροχή νερού στις γεωργικές καλλιέργειες.
Έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι η απόδοση εξαρτάται από την περιοχή των πράσινων φύλλων, καθώς και από την ένταση και τη διάρκεια των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά. Αλλά ταυτόχρονα, η αύξηση της πυκνότητας των καλλιεργειών οδηγεί σε σκίαση των φύλλων. Το ηλιακό φως δεν μπορεί να διεισδύσει σε αυτά και λόγω της επιδείνωσης του αερισμού των μαζών αέρα, το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται σε μικρούς όγκους. Ως αποτέλεσμα, η δραστηριότητα της διαδικασίας φωτοσύνθεσης μειώνεται και η παραγωγικότητα των φυτών μειώνεται.
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης για τη βιόσφαιρα
Σύμφωνα με τις πιο πρόχειρες εκτιμήσεις, μόνο τα αυτότροφα φυτά που ζουν στα νερά του Παγκόσμιου Ωκεανού μετατρέπουν ετησίως από 20 έως 155 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα σε οργανική ύλη. Και αυτό παρά το γεγονός ότι η ενέργεια των ηλιακών ακτίνων χρησιμοποιείται από αυτούς μόνο κατά 0,11%. Όσο για τα χερσαία φυτά, απορροφούν ετησίως από 16 έως 24 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα. Όλα αυτά τα δεδομένα δείχνουν πειστικά πόσο σημαντική είναι η φωτοσύνθεση στη φύση. Μόνο ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης αναπληρώνεται η ατμόσφαιρα με το μοριακό οξυγόνο που είναι απαραίτητο για τη ζωή, το οποίο είναι απαραίτητο για την καύση, την αναπνοή και διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι όταν τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνονται, ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης αυξάνεται. Ταυτόχρονα, η ατμόσφαιρα αναπληρώνεται με οξυγόνο που λείπει.
Ο κοσμικός ρόλος της φωτοσύνθεσης
Τα πράσινα φυτά είναι ενδιάμεσοι μεταξύ του πλανήτη μας και του Ήλιου. Αιχμαλωτίζουν την ενέργεια του ουράνιου σώματος και εξασφαλίζουν την ύπαρξη ζωής στον πλανήτη μας.
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που μπορεί να συζητηθεί σε κοσμική κλίμακα, αφού κάποτε συνέβαλε στη μεταμόρφωση της εικόνας του πλανήτη μας. Χάρη στην αντίδραση που λαμβάνει χώρα στα πράσινα φύλλα, η ενέργεια των ακτίνων του ήλιου δεν διαχέεται στο διάστημα. Μετατρέπεται σε χημική ενέργεια νεοσχηματισμένων οργανικών ουσιών.
Η ανθρώπινη κοινωνία χρειάζεται τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης όχι μόνο για τρόφιμα, αλλά και για οικονομικές δραστηριότητες.
Ωστόσο, όχι μόνο αυτές οι ακτίνες του ήλιου που πέφτουν στη Γη μας αυτή τη στιγμή είναι σημαντικές για την ανθρωπότητα. Αυτά τα προϊόντα φωτοσύνθεσης που ελήφθησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια είναι εξαιρετικά απαραίτητα για τη ζωή και τις παραγωγικές δραστηριότητες. Βρίσκονται στα έγκατα του πλανήτη με τη μορφή στρωμάτων άνθρακα, εύφλεκτου αερίου και πετρελαίου και κοιτασμάτων τύρφης.
Τα σάκχαρα που συντίθενται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης μετατρέπονται σχεδόν αμέσως σε πολύ πολυμερείς ενώσεις - άμυλο, συσσωρευμένο με τη μορφή κόκκων αμύλου σε χλωροπλάστες και λευκοπλάστες. Ταυτόχρονα, μερικά από τα σάκχαρα απελευθερώνονται από τα πλαστίδια και μετακινούνται σε όλο το φυτό σε άλλα μέρη. Η ζάχαρη, που μετατρέπεται σε άμυλο, αφήνει έτσι περαιτέρω μεταβολικές αντιδράσεις για κάποιο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, το άμυλο μπορεί να διασπαστεί ξανά σε σάκχαρο, το οποίο οξειδώνεται και ταυτόχρονα παρέχει στο κύτταρο την απαραίτητη ενέργεια
Όταν οι ακτίνες του κατάλληλου μήκους κύματος απορροφώνται από τον χλωροπλάτη, το διοξείδιο του άνθρακα ανάγεται χημικά σε σάκχαρα και το αέριο οξυγόνο απελευθερώνεται σε όγκο ίσο με το ανηγμένο CO2. Αυτές οι αλλαγές είναι αντίθετες ως προς τις αλλαγές που συμβαίνουν κατά την αναπνοή. Έτσι, ο σημαντικός ρόλος των φυτών στην ισορροπία της φύσης οφείλεται και στο γεγονός ότι επιστρέφουν οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, το οποίο είναι απαραίτητο για άλλους οργανισμούς.
Ορίζεται από τον τύπο (CH2O) στοιχειώδης ενότηταμόρια υδατανθράκων (το μόριο γλυκόζης C6H12O6 αποτελείται από έξι τέτοιες μονάδες), μπορούμε να γράψουμε τη γενική έκφραση για τη φωτοσύνθεση:
Η συνολική εξίσωση της φωτοσύνθεσης προτάθηκε κάποτε από τον J-B. Μπουσίνγκο. Ο W. Pfeffer ονόμασε αυτή τη διαδικασία φωτοσύνθεση το 1887.
Το 1842, ο J. Mayer διατύπωσε το νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας. Δεν ξέχασε τα πράσινα φυτά. Έγραψε ότι η φύση έχει ως καθήκον να αναχαιτίσει το φως που έρχεται στη Γη και να μετατρέψει αυτή την πιο κινητή δύναμη σε στερεή μορφή, αποθηκεύοντάς το σε απόθεμα. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, κάλυψε φλοιό της γηςφυτά. Ωστόσο, οι επιστήμονες εκείνης της εποχής δεν έδωσαν προσοχή σε αυτή τη δήλωση.
Πειραματική απόδειξη ότι η διαδικασία της φωτοσύνθεσης υπακούει στο νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας έγινε από τον K. A. Timiryazev το 1867. Έδειξε ότι η φωτοσύνθεση συμβαίνει πιο έντονα σε εκείνες τις ακτίνες που απορροφώνται στο μέγιστο από μια ειδική χρωστική ουσία - τη χλωροφύλλη. Η φωτεινή ενέργεια που απορροφάται από τη χλωροφύλλη χρησιμοποιείται περαιτέρω για να σχηματίσει οργανική ύλη στο φυτό και να απελευθερώσει O2.
Επομένως, η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που σχετίζεται με τη συσσώρευση φωτός στο φυτό, το οποίο συλλέγεται σε οργανική ύλη. Ταυτόχρονα, ο K. A. Timiryazev απέδειξε την πλάνη των απόψεων των W. Pfeffer, J. Sachs και G. Dreper. Ο τελευταίος πίστευε ότι η φωτοσύνθεση συμβαίνει πιο έντονα στις πιο φωτεινές συνθήκες. ανθρώπινο μάτικίτρινες ακτίνες και όχι αυτές που απορροφώνται από τη χλωροφύλλη.
Έτσι, η συνολική έκφραση της φωτοσύνθεσης αντανακλά την ουσία της διαδικασίας, η οποία καταλήγει στο γεγονός ότι στο φως σε ένα πράσινο φυτό, οργανικές ουσίες συντίθενται από εξαιρετικά οξειδωμένες ουσίες - διοξείδιο του άνθρακα και νερό - και απελευθερώνεται μοριακό Ο2. Κατά τη διάρκεια αυτής της σύνθεσης, η ενέργεια ακτινοβολίας μετατρέπεται σε ενέργεια χημικών δεσμών οργανικών ουσιών.
Όλα τα συστατικά του συστήματος που συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση περιέχουν οξυγόνο, επομένως η παραπάνω εξίσωση δεν λέει από πού προέρχεται το οξυγόνο που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση: από CO2 ή H2O. Για πολλά χρόνια, οι βιολόγοι πίστευαν ότι η φωτεινή ενέργεια ξοδεύτηκε για τη διάσπαση του μορίου του CO2 και τη μεταφορά του ατόμου C στο H2O για να σχηματιστεί (CH2O). Ωστόσο, οι παρατηρήσεις των φωτοσυνθετικών οργανισμών έχουν κλονίσει αυτές τις ιδέες.
Η βιοχημική οδός στους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς είναι παρόμοια με τις αντίστοιχες διεργασίες στα ανώτερα φυτά, αλλά εξακολουθεί να διαφέρει ελαφρώς από αυτά. Έτσι τα βακτήρια έχουν μόνο ένα σύστημα χρωστικών, όχι δύο. Επιπλέον, τα βακτήρια διαφέρουν από τα πράσινα φυτά ως προς τη φύση των χλωροφύλλων τους. Περιέχουν βακτηριοχλωροφύλλη και (ή) χλωροφύλλη χλωροβίου (χλωρόβιο - χλωροφύλλη). Η φωτοσύνθεση στα βακτήρια διαφέρει επίσης ως προς τη φύση του σταδίου φωτός. Σε ορισμένα βακτήρια, ο αναγωγικός παράγοντας σχηματίζεται λόγω μέρους των μορίων ATP που συντίθεται στην ελαφριά φάση, η οποία ενεργοποιεί την αντίστροφη μεταφορά ηλεκτρονίων μέσω της αναπνευστικής αλυσίδας (ή μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων φωτοσυνθετικών, η οποία περιλαμβάνει ορισμένα συστατικά της αναπνευστικής αλυσίδας ). Σε άλλα βακτήρια, ο αναγωγικός παράγοντας ανάγεται με παρόμοιο τρόπο με τα φυτά, με τη μόνη διαφορά ότι δεν χρησιμοποιείται νερό, αλλά άλλοι δότες ηλεκτρονίων ως τελική πηγή ηλεκτρονίων. Επιπλέον, τα φωτοσυνθετικά βακτήρια δεν παράγουν Ο2 ως τελικό προϊόν.
Για παράδειγμα, τα φωτοσυνθετικά μωβ βακτήρια χρησιμοποιούν όχι H2O, αλλά H2S κατά τη φωτοσύνθεση και ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης, απελευθερώνουν θείο και όχι οξυγόνο.
Σε πολλά μέρη στην πράσινη υδρόγειο, τα κοιτάσματα θείου που σχηματίζονται με αυτόν τον τρόπο είναι μια σημαντική φυσική πηγή θείου. Όπως φαίνεται, αυτό το θείο μπορεί να προέλθει μόνο από H2S που αποσυντίθεται κατά τη φωτοσύνθεση. Κάποια φύκια συμπεριφέρονται με παρόμοιο τρόπο, τα οποία μπορούν να «εκπαιδευτούν» να χρησιμοποιούν αέριο υδρογόνο H2 αντί για νερό για να μειώσουν το CO2 σε (CH2O), δηλαδή στο επίπεδο των υδατανθράκων:
Είναι γνωστό ότι και στις δύο περιπτώσεις, η φωτεινή ενέργεια σπαταλιέται κατά την αποσύνθεση (φωτόλυση) του δότη υδρογόνου και η αναγωγική δύναμη που δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του CO2 σε (CH2O).
Η φωτοσύνθεση συμβαίνει επίσης σε αυτούς τους πολυάριθμους οργανισμούς που, αν και περιέχουν χλωροφύλλη, δεν είναι πράσινοι επειδή το χρώμα τους καθορίζεται από την παρουσία άλλων χρωστικών που καλύπτουν τη χλωροφύλλη, για παράδειγμα, καφέ ή κόκκινα φύκια.
Εάν διαφορετικοί οργανισμοί έχουν κάποιο κοινό μηχανισμό, τότε τα δεδομένα που παρουσιάζονται υποδηλώνουν ότι στα ανώτερα φυτά δαπανάται φωτεινή ενέργεια για την αποσύνθεση του νερού. Έγιναν πεπεισμένοι ότι η ιδέα ήταν σωστή όταν οι βιοχημικοί άρχισαν να χρησιμοποιούν H2O ή CO2 επισημασμένα με βαρέα ισότοπα οξυγόνου (18O) για τη μελέτη της φωτοσύνθεσης. Σε αυτά τα πειράματα, αποδείχθηκε ότι το εκλυόμενο O2 αντιστοιχεί πάντα στην ισοτοπική του κατάσταση στο οξυγόνο που περιέχεται στο νερό και όχι στο CO2. Γενικά, η φωτόλυση του νερού είναι το κλειδί για όλη τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, αφού σε αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται φωτεινή ενέργεια για την εκτέλεση χημικών εργασιών.
Ένα μόριο οξυγόνου που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση σε ανώτερα φυτά περιέχει δύο άτομα Ο, αλλά ένα μόριο νερού περιέχει μόνο ένα, πράγμα που σημαίνει ότι δύο μόρια νερού πρέπει να συμμετέχουν στην αντίδραση. Για να αποκτήσουμε μια ισορροπημένη εξίσωση που θα αντικατοπτρίζει σωστά τον μηχανισμό της συνολικής αντίδρασης, πρέπει να εισαγάγουμε ένα ακόμη μόριο νερού και στις δύο πλευρές αυτής της εξίσωσης. Όταν το νερό περιέχει 18O, παίρνουμε
Αν επισημάνουμε με 18O CO2, τότε η εξίσωση γίνεται:
Το οξυγόνο που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση σχηματίζεται από το νερό που αντιδρά και τα μόρια του νερού που προκύπτουν διαφέρουν από τα δύο μόρια που συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση.
Η φωτεινή ενέργεια χρησιμοποιείται για την αποσύνθεση του νερού. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται οξυγόνο και σχηματίζεται «υδρογόνο» (ή αναγωγική δύναμη), το οποίο ξοδεύεται
- 1) για την αναγωγή του CO2 στο τελικό προϊόν της φωτοσύνθεσης (CH2O).
- 2) να σχηματίσει ένα νέο μόριο νερού.
Η καθαρή έκφραση της φωτοσύνθεσης έχει παίξει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της φυσιολογίας των φυτών. Βοήθησε τους επιστήμονες να προσδιορίσουν τη θέση της φωτοσύνθεσης στη ζωή των ίδιων των φυτών και την ύπαρξη ζωής σε ολόκληρο τον πλανήτη. Η φωτοσύνθεση έχει μεγάλη αξίακαι για το ίδιο το φυτό. Ο σχηματισμός των οργάνων και η ανάπτυξή τους συνδέονται στενά με τη φωτοσύνθεση. Κατά τις περιόδους της πιο ενεργούς ανάπτυξης, οι ημερήσιες αυξήσεις της ξηρής ουσίας φτάνουν από 100 έως 500 kg ανά 1 εκτάριο. Σε αυτή την περίπτωση, το φυτό πρέπει να αφομοιώσει από 200 έως 500 κιλά CO2, 1-2 κιλά άζωτο, 0,25-0,5 κιλά φώσφορο, 2-4 κιλά κάλιο, 2-4 κιλά άλλα στοιχεία και να εξατμιστεί μέχρι 1.000 λίτρα. του νερού.
Η ακτινοβολούμενη ενέργεια από τον ήλιο φτάνει στη Γη με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων διαφορετικών μηκών κύματος. Περίπου το 40-45% της ενέργειας που εκπέμπεται από τον ήλιο εμφανίζεται στην περιοχή από 380 έως 720 nm. Αυτό το τμήμα του φάσματος γίνεται αντιληπτό ως ορατό φως. Εδώ είναι τα διάσημα χρώματα: μωβ, μπλε, κυανό, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο.
Οι χρωστικές των χλωροπλαστών απορροφούν το ορατό φως, έτσι αυτή η περιοχή έχει ονομαστεί φυσιολογικά ενεργή ακτινοβολία (PAR). Το PAR βρίσκεται δίπλα στην υπεριώδη ακτινοβολία στην πλευρά του μικρότερου μήκους κύματος και στην υπέρυθρη ακτινοβολία στην πλευρά του μεγαλύτερου μήκους κύματος. Οι υπέρυθρες ακτίνες δεν συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση, αλλά συμμετέχουν στη ρύθμιση άλλων διαδικασιών της ζωής των φυτών. Η ακτινοβολία βραχέων κυμάτων (υπεριώδεις, ακτίνες g, κοσμικές ακτίνες) έχει αποδειχθεί ότι παίζει μεγάλο ρόλο στη μεταλλαξιογένεση των φυτών και στην αλλαγή της κληρονομικότητας τους.
Η ενέργεια που αποθηκεύεται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης ανά έτος είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που παράγεται από την καύση του άνθρακα, ο οποίος εξορύσσεται σε όλο τον κόσμο κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για να σχηματιστεί οργανική ύλη από ανόργανη ύλη. Κάθε χρόνο, μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, τα φυτά παράγουν 155 δισεκατομμύρια τόνους ξηρής οργανικής ύλης.
Οι οργανικές ουσίες που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι και τα ζώα σχηματίζονται αρχικά στο πράσινο φύλλο. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιείται από τον άνθρωπο σε διάφορους τομείς παραγωγής είναι η ενέργεια του ήλιου, μετατρέπεται σε πράσινα φύλλα και αποθηκεύεται σε άνθρακα, λάδι και ξύλο.
Να δημιουργήσει τέτοια μεγάλη ποσότηταοργανικής ύλης, τα φυτά απορροφούν 200 δισεκατομμύρια τόνους CO2 καθ' όλη τη διάρκεια του έτους και απελευθερώνουν 145 δισεκατομμύρια τόνους οξυγόνου. Όλο το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα παράγεται μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Έτσι, οι διαδικασίες της αναπνοής και της καύσης θα μπορούσαν να συμβούν μόνο μετά την εμφάνιση φωτοσυνθετικών οργανισμών.
Η μελέτη της φωτοσύνθεσης και η ανακάλυψη των μηχανισμών της είναι από τις πιο σημαντικές και ενδιαφέρουσες εργασίεςφυτική φυσιολογία. Πρώτα, λεπτομερής μελέτηΗ σύνθεση οργανικών ουσιών στα πράσινα φυτά είναι ένας από τους τρόπους επίλυσης του προβλήματος της διατροφής στον κόσμο. Δεδομένου ότι το 95% της φυτικής μάζας σχηματίζεται κατά τη φωτοσύνθεση, είναι απαραίτητο θεωρητική βάσηγια αύξηση της απόδοσης. Δεύτερον, μια λεπτομερής μελέτη της χημείας της φωτοσύνθεσης και της δομής της φωτοσυνθετικής συσκευής σε μοριακό επίπεδο ανοίγει το δρόμο για τη μοντελοποίηση της φωτοσύνθεσης και την οργάνωση της παραγωγής οργανικών ουσιών σε τεχνητές συνθήκες. Τρίτον, η μελέτη της διαδικασίας αποσύνθεσης του νερού από πράσινα φυτά χρησιμοποιώντας φως και η μοντελοποίηση αυτής της διαδικασίας υπό τεχνητές συνθήκες θα επιτρέψει στην ανθρωπότητα να αποκτήσει υδρογόνο και να το χρησιμοποιήσει ως φιλικό προς το περιβάλλον καύσιμο, το οποίο θα βοηθήσει στην επίλυση του ενεργειακού προβλήματος.
Ένας ιδιαίτερος ρόλος από αυτή την άποψη ανήκει στα πράσινα φυτά, ρόλο που ο K. A. Timiryazev ονόμασε Κοσμικό. Βρίσκεται στο γεγονός ότι «ο πράσινος κόκκος της χλωροφύλλης είναι μια εστία, ένα σημείο στον κοσμικό χώρο στο οποίο ρέει η ενέργεια του ήλιου από το ένα άκρο και από το άλλο προέρχονται όλες οι εκδηλώσεις της ζωής στη Γη».
Κάθε χρόνο έρχεται στη Γη τεράστιο ποσόηλιακή ενέργεια (1,26-1024 θερμίδες), το 42% της οποίας αντανακλάται στο διάστημα. Χρησιμοποιώντας μέρος της ενέργειας των ακτίνων του ήλιου, τα πράσινα φυτά χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα ως πηγή άνθρακα στη διαδικασία σύνθεσης οργανικών ουσιών. Αλλά το πράσινο φυτό όχι μόνο λαμβάνει τροφή για τον εαυτό του από την ανόργανη φύση, αλλά, σύμφωνα με τον Timiryazev, είναι ένας ενδιάμεσος μεταξύ του ουρανού και της Γης. Η ενέργεια που λαμβάνεται από την ηλιακή ακτίνα συσσωρεύεται στο φυτό και με αυτή τη μορφή, μαζί με την οργανική ύλη που συσσωρεύεται στο σώμα του, εισέρχεται στο σώμα άλλων φυτών ή ζώων που τρέφονται με φυτικές τροφές. Τα τελευταία, με τη σειρά τους, χρησιμεύουν ως τροφή για άλλους ετερότροφους οργανισμούς.
Το οξυγόνο που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση αποδεικνύεται απαραίτητο για τη ζωή όλων των αερόβιων οργανισμών, οι οποίοι το απορροφούν από τον αέρα κατά την αναπνοή, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η συνεχής παροχή διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει τεράστια σημασία στον κύκλο των ουσιών. Σύμφωνα με πρόχειρους υπολογισμούς, η φυτική κάλυψη του πλανήτη αφομοιώνει ετησίως πάνω από 140 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα, που είναι περίπου 3 g ανά εκτάριο. Συνολικά, η ατμόσφαιρα περιέχει περίπου δύο χιλιάδες δισεκατομμύρια κιλά διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο δεν θα ήταν αρκετό για 100 χρόνια αν δεν εισερχόταν στην ατμόσφαιρα και την υδρόσφαιρα κατά τη διάρκεια της ζωής των οργανισμών.
Η φωτοσύνθεση είναι μια μοναδική διαδικασία δημιουργίας οργανικών ουσιών από ανόργανες. Αυτή είναι η μόνη διαδικασία στον πλανήτη μας που σχετίζεται με τη μετατροπή της ενέργειας του ηλιακού φωτός σε ενέργεια χημικών δεσμών που περιέχονται σε οργανικές ουσίες. Με αυτόν τον τρόπο, η ενέργεια των ακτίνων του ήλιου που λαμβάνεται από το διάστημα, που αποθηκεύεται από τα πράσινα φυτά σε υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες, εξασφαλίζει τη ζωτική δραστηριότητα ολόκληρου του ζωντανού κόσμου - από τα βακτήρια μέχρι τους ανθρώπους.
Ένας εξαιρετικός Ρώσος επιστήμονας του τέλους \(XIX\) - αρχές \(XX\) αιώνων. Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843) – \(1920\)) αποκάλεσε τον ρόλο των πράσινων φυτών στη Γη κοσμικό. Έγραψε:
Όλες οι οργανικές ουσίες, ανεξάρτητα από το πόσο διαφορετικές μπορεί να είναι, ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται, είτε σε φυτό, ζώο ή άτομο, περνούν από το φύλλο, προερχόμενες από ουσίες που παράγονται από το φύλλο. Έξω από το φύλλο, ή μάλλον έξω από τον κόκκο της χλωροφύλλης, δεν υπάρχει εργαστήριο στη φύση όπου να απομονώνεται η οργανική ύλη. Σε όλα τα άλλα όργανα και οργανισμούς μετασχηματίζεται, μετασχηματίζεται, μόνο που εδώ σχηματίζεται πάλι από ανόργανη ύλη.
Συσσώρευση οργανικής ύλης
Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να ζήσουν μόνο καταναλώνοντας με τη μορφή τροφής την ενέργεια που έλαβαν τα πράσινα φυτά από τον Ήλιο με τη βοήθεια της χλωροφύλλης και περιέχονται σε υδατάνθρακες και άλλες οργανικές ενώσεις. Οι υδατάνθρακες είναι ένα σημαντικό προϊόν της φωτοσύνθεσης.
Παράδειγμα:
Πολλά φυτά, όπως το ζαχαροκάλαμο, τα ζαχαρότευτλα, τα κρεμμύδια, τα μπιζέλια, το καλαμπόκι, τα σταφύλια, οι χουρμάδες, αποθηκεύουν τη ζάχαρη στους μίσχους, τις ρίζες, τους βολβούς, τα φρούτα και τους σπόρους. Είναι τα σάκχαρα που χρησιμεύουν ως η κύρια πηγή ενέργειας για όλα τα ζωντανά όντα, καθώς μπορούν εύκολα να γίνουν μια από τις πιο δραστικές ενώσεις σε κάθε ζωντανό κύτταρο.
Αποθήκευση ενέργειας
Απορροφώντας συνεχώς ενέργεια με τη μορφή ηλιακής ακτινοβολίας, τα φυτά τη συσσωρεύουν. Η συσσώρευση ενέργειας είναι ένα πολύ σημαντικό φαινόμενο για τη ζωντανή φύση, που προκαλείται από τη φωτοσύνθεση των πράσινων φυτών.
Παράδειγμα:
Η οργανική ύλη είναι ένας εξαιρετικός φορέας ενέργειας. Ο άνθρωπος χρησιμοποιεί ευρέως αέριο, πετρέλαιο, άνθρακα, καυσόξυλα - όλα αυτά είναι οργανικές ουσίες που όταν καίγονται απελευθερώνουν ενέργεια που κάποτε ήταν αποθηκευμένη στα πράσινα φυτά.
Εξασφάλιση σταθερού επιπέδου διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα
Στην ατμόσφαιρα της Γης, το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί \(0,03\)% του όγκου του αέρα. Αυτή η τιμή έχει διατηρηθεί για πολλές χιλιετίες, παρά το γεγονός ότι πολλοί ζωντανοί οργανισμοί εκπέμπουν διοξείδιο του άνθρακα κατά την αναπνοή. Ακόμη περισσότερο απελευθερώνεται κατά τη σήψη και την καταστροφή των νεκρών σωμάτων, κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων, κατά τη διάρκεια πυρκαγιών και κατά την καύση καυσίμου. Όλη αυτή η τεράστια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα απορροφάται από τα πράσινα φυτά κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, διατηρώντας μια λίγο πολύ σταθερή περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης και εξασφαλίζοντας έτσι τη δυνατότητα ζωής στον πλανήτη μας.
Συσσώρευση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα
Στην αρχαιότητα, όταν δεν υπήρχαν φυτά στον πλανήτη μας, δεν υπήρχε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Επί του παρόντος, το οξυγόνο του αέρα στην ατμόσφαιρα καταλαμβάνει \(21\)% του όγκου του. Η σύγχρονη αέρια σύνθεση της ατμόσφαιρας σχηματίστηκε λόγω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Χάρη σε αυτό, όλοι οι οργανισμοί στη Γη - βακτήρια, μύκητες, ζώα, άνθρωποι και τα ίδια τα φυτά - μπορούν να αναπνεύσουν και να πραγματοποιήσουν τις διαδικασίες της ζωής τους.
Το όζον σχηματίζεται από οξυγόνο σε υψόμετρο περίπου \(20\) km πάνω από την επιφάνεια της Γης υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Αποκλείει εκείνο το μέρος των υπεριωδών ακτίνων που έχουν επιζήμια επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. στιβάδα του όζοντος, που περιβάλλει τη Γη, δημιουργεί την ευκαιρία για τη ζωή των οργανισμών.
Δημιουργία εδάφους στη Γη
Η οργανική ύλη που παράγεται από τα πράσινα φυτά καταναλώνεται από τα ζωντανά πλάσματα στη στεριά. Απόβλητα από τις ζωτικές διεργασίες των οργανισμών, προϊόντα αποσύνθεσης και αποσύνθεσης νεκρών σωμάτων (φυτά, ζώα, μύκητες, βακτήρια) και τους μεμονωμένα μέρη(πεσμένα φύλλα, νεκρές ρίζες, τρίχες ρίζας, άφθονες εκκρίσεις ρίζας), εισχώρηση στο ανώτερο στρώμα επιφάνεια της γης, αποσυντίθενται εκεί και συμμετέχουν στη δημιουργία ενός μοναδικού φυσικού σχηματισμού - έδαφος.