Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Фотосинтез: необходим для всей жизни
- Фотосинтез происходит в листьях
- Энергия Солнца: этапы фотосинтеза
- Хлорофилл, поглощение света и создание энергии
- Фотосинтез и клеточное дыхание
- Глобальное потепление и реакция фотосинтеза
Процесс фотосинтеза, при котором растения и деревья превращают свет солнца в питательную энергию, на первый взгляд может показаться магией, но прямо и косвенно этот процесс поддерживает весь мир. Когда зеленые растения достигают света, их листья улавливают энергию солнца, используя светопоглощающие химические вещества или специальные пигменты, чтобы сделать пищу из углекислого газа и воды, извлеченной из атмосферы. Этот процесс выделяет кислород как побочный продукт обратно в атмосферу, компонент в воздухе, необходимый для всех дыхательных организмов.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Простое уравнение для фотосинтеза - углекислый газ + вода + энергия света = глюкоза + кислород. Поскольку существа в царстве растений потребляют углекислый газ во время фотосинтеза, они выпускают кислород обратно в атмосферу, чтобы люди могли дышать; Зеленые деревья и растения (на суше и в море) несут основную ответственность за кислород в атмосфере, и без них животные и люди, а также другие формы жизни могут не существовать, как сегодня.
Фотосинтез: необходим для всей жизни
Зеленые, растущие вещи необходимы для всей жизни на планете, не только как пища для травоядных и всеядных, но и для кислорода, чтобы дышать. Процесс фотосинтеза является основным способом поступления кислорода в атмосферу. Это единственное биологическое средство на планете, которое улавливает солнечную световую энергию, превращая ее в сахара и углеводы, которые обеспечивают растения питательными веществами, выделяя при этом кислород.
Подумайте об этом: растения и деревья могут по существу извлекать энергию, которая начинается во внешних пространствах космоса, в форме солнечного света, превращать ее в пищу и, в процессе, выпускать необходимый воздух, необходимый организму для процветания. Можно сказать, что все растения и деревья, вырабатывающие кислород, имеют симбиотические отношения со всеми дышащими кислородом организмами. Люди и животные дают растениям углекислый газ, а взамен они поставляют кислород. Биологи называют это взаимно-симбиотическими отношениями, потому что выигрывают все стороны в отношениях.
В системе классификации Linnae, классификация и ранжирование всех живых существ, растений, водорослей и типа бактерий, называемых цианобактериями, являются единственными живыми существами, которые производят пищу из солнечного света. Аргумент в пользу вырубки лесов и удаления растений во имя развития кажется контрпродуктивным, если в этих событиях не осталось людей, которые могли бы жить, потому что не осталось растений и деревьев, способных производить кислород.
Фотосинтез происходит в листьях
Растения и деревья - это автотрофы, живые организмы, которые сами производят пищу. Поскольку они делают это, используя световую энергию солнца, биологи называют их фотоавтотрофами. Большинство растений и деревьев на планете являются фотоавтотрофами.
Превращение солнечного света в пищу происходит на клеточном уровне в листьях растений в органелле, обнаруженной в растительных клетках, структура, называемая хлоропластом. В то время как листья состоят из нескольких слоев, фотосинтез происходит в мезофилле, среднем слое. Маленькие микроотверстия на нижней стороне листьев, называемые устьицами, контролируют поток углекислого газа и кислорода к растению и от него, управляя газообменом растений и водным балансом растений.
Устья существуют на дне листьев, обращенных в сторону от солнца, чтобы минимизировать потерю воды. Маленькие защитные ячейки, окружающие устьицы, контролируют открытие и закрытие этих подобных рту отверстий, набухая или уменьшаясь в зависимости от количества воды в атмосфере. Когда устьица закрывается, фотосинтез не может произойти, так как растение не может поглощать углекислый газ. Это приводит к снижению уровня углекислого газа в растении. Когда дневные часы становятся слишком жаркими и сухими, строма закрывается для сохранения влаги.
Как органелла или структура на клеточном уровне в листьях растений, хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембрану, которая их окружает. Внутри этих мембран расположены пластинчатые структуры, называемые тилакоидами. В тилакоидной мембране растения и деревья хранят хлорофилл, зеленый пигмент, отвечающий за поглощение солнечной энергии. Именно здесь происходят начальные светозависимые реакции, в которых многочисленные белки образуют транспортную цепь для переноса энергии, вытягиваемой от солнца, туда, где она должна пройти внутри растения.
Энергия Солнца: этапы фотосинтеза
Процесс фотосинтеза представляет собой двухэтапный, многоэтапный процесс. Первый этап фотосинтеза начинается с Легкие Реакциитакже известный как Светозависимый процесс и требует световой энергии от солнца. Второй этап Темная реакция этап, также называемый Calvin CycleЭто процесс, с помощью которого растение производит сахар с помощью НАДФН и АТФ со стадии легкой реакции.
Свет реакции Фаза фотосинтеза включает в себя следующие этапы:
Все это происходит на клеточном уровне внутри растений, в тилакоидах, в отдельных сплющенных мешочках, расположенных в гране или стопках внутри хлоропластов растений или клеток деревьев.
Calvin Cycle, названный в честь биохимика из Беркли Мелвина Кельвина (1911-1997), лауреата Нобелевской премии по химии 1961 года за открытие этапа Темной реакции, представляет собой процесс, с помощью которого растение производит сахар с помощью НАДФН и АТФ со стадии легкой реакции. Во время цикла Кальвина выполняются следующие шаги:
Хлорофилл, поглощение света и создание энергии
В тилакоидную мембрану встроены две системы захвата света: фотосистема I и фотосистема II, состоящие из множества антенноподобных белков, из которых листья растений преобразуют энергию света в химическую энергию. Фотосистема I обеспечивает снабжение низкоэнергетическими электронными носителями, в то время как другая доставляет заряженные молекулы туда, куда им нужно идти.
Хлорофилл - это светопоглощающий пигмент внутри листьев растений и деревьев, который начинает процесс фотосинтеза. Как органический пигмент внутри хлоропластного тилакоида, хлорофилл поглощает энергию только в узкой полосе электромагнитного спектра, создаваемого солнцем, в диапазоне длин волн от 700 нанометров (нм) до 400 нм. Названный фотосинтетически активной полосой излучения, зеленый находится в середине спектра видимого света, отделяя низкоэнергетические, но более длинные волны красного, желтого и оранжевого цветов от высокой энергии, более короткой длины волны, синего, индиго и фиалки.
Как хлорофиллы поглощают один фотон или отчетливый пакет световой энергии, это вызывает возбуждение этих молекул. Как только молекула растения становится возбужденной, остальные этапы процесса включают в себя доставку этой возбужденной молекулы в систему переноса энергии через носитель энергии, называемый никотинамид-адениндинуклеотидфосфат или NADPH, для доставки ко второй стадии фотосинтеза, фазе Темной Реакции. или цикл Кальвина.
После ввода цепь переноса электроновпроцесс извлекает ионы водорода из забираемой воды и доставляет ее внутрь тилакоида, где эти ионы водорода накапливаются. Ионы проходят через полупористую мембрану от стромальной стороны к просвету тилакоида, теряя часть энергии в процессе, поскольку они перемещаются через белки, существующие между двумя фотосистемами. Ионы водорода собираются в тилакоидном просвете, где они ждут возобновления подачи энергии, прежде чем участвовать в процессе, который превращает аденозинтрифосфат или АТФ в энергетическую валюту клетки.
Белки антенны в фотосистеме 1 поглощают другой фотон, передавая его в реакционный центр PS1 под названием P700. Окисленный центр, P700 выделяет высокоэнергетический электрон в никотин-амид-аденин-динуклеотид-фосфат или NADP + и восстанавливает его с образованием NADPH и ATP. Именно здесь растительная клетка преобразует энергию света в химическую энергию.
Хлоропласт координирует две стадии фотосинтеза, чтобы использовать световую энергию для производства сахара. Тилакоиды внутри хлоропласта представляют участки легких реакций, в то время как цикл Кальвина происходит в строме.
Фотосинтез и клеточное дыхание
Клеточное дыхание, связанное с процессом фотосинтеза, происходит внутри растительной клетки, так как поглощает световую энергию, превращает ее в химическую энергию и выделяет кислород обратно в атмосферу. Дыхание происходит в растительной клетке, когда сахара, образующиеся в процессе фотосинтеза, объединяются с кислородом для производства энергии для клетки, образуя углекислый газ и воду в качестве побочных продуктов дыхания. Простое уравнение для дыхания противоположно уравнению для фотосинтеза: глюкоза + кислород = энергия + углекислый газ + энергия света.
Клеточное дыхание происходит во всех растениях живых клеток, не только в листьях, но и в корнях растения или дерева. Поскольку клеточное дыхание не нуждается в энергии света, оно может происходить как днем, так и ночью. Но чрезмерное увлажнение растений в почвах с плохим дренажом создает проблему для клеточного дыхания, поскольку затопленные растения не могут впитывать достаточное количество кислорода через свои корни и преобразовывать глюкозу, чтобы поддерживать метаболические процессы в клетках. Если растение получает слишком много воды слишком долго, его корни могут быть лишены кислорода, что может существенно остановить клеточное дыхание и убить растение.
Глобальное потепление и реакция фотосинтеза
Калифорнийский университет Мерсед Профессор Эллиот Кэмпбелл и его команда исследователей отметили в апреле 2017 года в статье «Природа», международном научном журнале, что процесс фотосинтеза резко возрос в течение 20-го века. Исследовательская группа обнаружила глобальную запись процесса фотосинтеза, охватывающего двести лет.
Это привело их к выводу, что общее количество фотосинтеза всех растений на планете выросло на 30 процентов за те годы, которые они исследовали. В то время как исследование не определило причину скачка в процессе фотосинтеза в глобальном масштабе, компьютерные модели групп предлагают несколько процессов, в сочетании, которые могут привести к такому большому увеличению глобального роста растений.
Модели показали, что основными причинами увеличения фотосинтеза являются увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу (главным образом, в результате деятельности человека), увеличение продолжительности вегетационного периода из-за глобального потепления вследствие этих выбросов и увеличение загрязнения азотом, вызванное массовым сельским хозяйством и сжиганием ископаемого топлива. Человеческая деятельность, которая привела к этим результатам, оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на планету.
Профессор Кэмпбелл отметил, что, хотя увеличение выбросов углекислого газа стимулирует производство сельскохозяйственных культур, оно также стимулирует рост нежелательных сорняков и инвазивных видов. Он отметил, что увеличение выбросов углекислого газа напрямую вызывает изменение климата, что приводит к усилению наводнений вдоль прибрежных районов, экстремальным погодным условиям и увеличению подкисления океана, что в совокупности оказывает комплексное воздействие.
В то время как фотосинтез действительно увеличился в 20-м веке, он также заставил растения накапливать больше углерода в экосистемах по всему миру, в результате чего они стали источниками углерода, а не поглотителями углерода. Даже с увеличением фотосинтеза это увеличение не может компенсировать сжигание ископаемого топлива, так как увеличение выбросов углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива, как правило, подавляет способность растений поглощать CO2.
Исследователи проанализировали данные об антарктическом снеге, собранные Национальной администрацией по океану и атмосфере, для разработки своих выводов. Изучая газ, хранящийся в образцах льда, исследователи изучили глобальную атмосферу прошлого.