Помню, еще в детстве мне подарили фиалку в горшке со словами: «Будет кислород в комнате производить». Я была достаточно любопытна, поэтому полезла в энциклопедию, чтобы разобраться, как это происходит. Выяснилось, что без растений и вправду нечем было бы дышать, а явление, благодаря которому все это происходит, называется фотосинтез. В этой теме есть много увлекательных сторон, о которых редко рассказывают в школе. Пришло время и мне поделиться ими с другими.
Что же такое - этот фотосинтез
Фотосинтез – это переработка неорганических веществ в органические при помощи специальных пигментов. Благодаря этому явлению растения питаются и снабжают планету кислородом. Проще всего понять, что такое фотосинтез, при помощи данной картинки:
- Растения при помощи пигмента под названием хлорофилл поглощают воду и углекислый газ (неорганические вещества).
- На растения оказывают воздействие лучи солнца.
- Под воздействием этих лучей из воды и углекислого газа синтезируются кислород и глюкоза.
- Кислородом дышат другие живые существа. Выделяют углекислый газ - и круг замыкается, все начинается снова.
Бывают ли растения без хлорофилла в листьях
Да, такое случается. Все организмы подвержены изменчивости. Это означает, что в них могут происходить мутации. Иногда они помогают растениям лучше выживать, но иногда все происходит наоборот.
Одна из таких мутаций у растений как раз и выражается в отсутствии хлорофилла в листьях. Поскольку именно данный пигмент отвечает за зеленый цвет листвы, у данных растений она будет белой.
Как растения-альбиносы питаются
Самостоятельно они питаться не могут, поэтому, в большинстве своем, они умирают. Но есть и исключения.
Одно из них – это секвоя-альбинос. Красивая, правда? Только вот некоторым растениям она не кажется такой уж привлекательной.
Ее можно назвать настоящим вампиром в мире растений: она имеет белый окрас, а питается за счет других растений, «присасываясь» своими корнями к корневой системе других растений, отнимая у них часть пищи.
Также есть некоторые растения, которые схожим образом живут за счет грибов. Фактически, и их, и секвою-альбиноса можно считать паразитами.
Заниматься фотосинтезом могут только растения?
Нет, фотосинтезировать могут водоросли, бактерии и даже животные.
Примером животного, которое способно к фотосинтезу, является морской слизень Elysia chlorotica.
Он забирает хлоропласты у водорослей, встраивая их в свою пищеварительную систему. Затем, в результате фотосинтеза, слизень производит сахар, которым впоследствии и питается. Он и внешне немного напоминает листочек растения - такой же зеленый.
Растения в доме
Если вы хотите, чтобы дома было больше кислорода – то они точно не повредят.
Вот пятерка комнатных цветов, которые лучше всего справятся с этой задачей:
- Хлорофитум – он воздух еще и очищает, к тому же, не очень требователен.
- Щучий хвост. Можно завести маленький росток, уже через месяц-другой он захватит весь горшок.
- Глоксиния. Не только полезна, но и красиво цветет.
Именно ее я купила на свой подоконник, теперь она радует глаза. Может, мне это только кажется, но дышится теперь и вправду легче.
Фотосинтез отложился у меня в голове основательно. Проходили мы его в шестом классе. Я, как физик и программист, отказывающийся учить биологию, просто спал на уроках. Учитель у меня была очень терпеливой дамой, но тогда ее терпение не выдержало. Она вызвала меня к доске и я под смех и улюлюканье класса пытался сообразить, что это за зверь такой "фотосинтез". Неприятный опыт отложился у меня в голове и теперь рассказать о нем я могу в любой момент, хоть среди ночи меня разбуди.
Что это за зверь такой - фотосинтез
Фотосинтез - процесс образования органических веществ из неорганических веществ растением или простейшим. Неорганические вещества: вода (HOH), углекислый газ (CO2); органические: глюкоза (C6H12O6). Также в данном процессе образуется достаточно много энергии, которая потом тратится растением на продолжение жизни (на внутренние процессы и движение).
Механизм
Механизм фотосинтеза не очень сложен. Растение поглощает из атмосферы углекислый газ, затем использует воду, которую корни абсорбировали под землей и с помощью хлорофилла и света начинает реакцию, которая проходит в основной ткани. В ходе этой реакции шесть молекул углекислого газа объединяются с шестью молекулами воды и образуется шесть молекул глюкозы и столько же кислорода. Кислород позже выделяется устьицами листа в атмосферу. Важно учитывать, что катализатором в такой реакции должен служить солнечный свет (волны ультрафиолетового спектра).
Есть небольшой нюанс, у более простых организмов можно наблюдать фотосинтез без участия хлорофилла, это уже тема старшей школы/ВУЗ-а, поэтому не думаю, что стоит ее детально расписывать. Школьнику достаточно знать, что это дает большой проигрыш в эффективности, то есть, получается меньше энергии и органических веществ.
Те, кто фотосинтезирует
- Все зеленые растения:
- Высшие растения.
- Различные зеленые водоросли.
- Некоторые животные:
- Эвглена зеленая (тут может быть ошибка, ибо даже когда я учился, велись споры по поводу того, к животным или растениям ее относить),
- Восточная изумрудная элизия.
Однажды ко мне в комнату в общежитии подселили биолога, который был помешан на учебе. За неделю проживания в нашей комнате, он заложил весь подоконник растениями и без устали твердил, что растения нужны ему для дипломной работы. Он изучал, как комнатные растения перерабатывают энергию солнца. Как-то он спросил меня, знаю ли я, что такое фотосинтез, и я ответил то, что изучал в школе. На что он мне ответил, что химики ничего не знают, и мои знания приравниваются к знаниям грудного ребенка. Таким образом, с самого утра и до глубокой ночи, он постоянно рассказывал мне про растения и фотосинтез, поэтому я идеально запомнил весь этот процесс.
Фотосинтез - что это
Как я и ответил биологу, фотосинтез - это процесс превращения воды и углекислого газа в органические соединения под действием солнечного света. Фотосинтез - единственный в биосфере процесс, при помощи которого усваивается энергия солнца растениями и другими организмами. Общее уравнение фотосинтеза изображается как: 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2 - углекислый газ и вода под действием ультрафиолетового света превращаются в гексозу, также выделяется побочный продукт синтеза - кислород, который поддерживает всю жизнь на планете. Существует несколько типов фотосинтеза:
- Бесхлорофилльный фотосинтез - это, когда не происходит образования соединений необходимых для поглощения углекислого газа, а осуществляется исключительно запас солнечной энергии в форме АТФ.
- Хлорофилльный фотосинтез - отличается от бесхлорофилльного значительно большей эффективностью запаса энергии.
Есть два типа хлорофилльного фотосинтеза: аноксигенный и оксигенный. Аноксигенный - это бескислородный фотосинтез, он происходит без выделения кислорода. Оксигенный - это кислородный фотосинтез, который сопровождается выделением кислорода в качестве побочного продукта.
Значение фотосинтеза
Именно благодаря фотосинтезу стала возможной эволюция бактерий в более сложные организмы, таким образом солнечная энергия стала одним из источников питания для бесчисленного количества организмов. Также, благодаря фотосинтезу, выделяется кислород и перерабатывается углекислый газ. С помощью фотосинтеза на ранних этапах существования Земли в атмосфере накопилось огромное количество кислорода, что в дальнейшем сыграло роль в образовании нашей атмосферы и жизни на планете.
Наверное каждый, кто хоть раз бывал на даче, сталкивался с тем, что, подняв оставленные с прошлого года коврик или доску во дворе, можно увидеть под ними совсем хилую траву почти белого цвета. И мой пятилетний племянник, увидевший такое в первый раз, учинил мне настоящий допрос. ) Вот, что я ему рассказала.
Коротко о фотосинтезе
Растения являются обладателями зеленого цвета благодаря наличию вещества, которое называется хлорофилл. Оно содержится в органеллах (можно провести аналогию с человеческими органами), называющихся хлоропластами. Они устроены так, что при попадании солнечных лучей сразу же начинают их поглощать и перерабатывать в необходимую для жизни растения энергию. Это сложный химический процесс, в результате которого выделяется кислород. При этом остается неиспользованной зеленая часть цветового спектра солнечного луча. Поэтому листик или трава становятся зелеными. А все это вместе называется фотосинтезом.
Нужен ли хлорофилл человеку
Если провести параллель с человеческим организмом, то хлорофилл больше всего похож, как по выполняемым функциям, так и по химической формуле, на гемоглобин. Но ученые так и не сумели доказать, может ли он усваиваться людьми. Поэтому чаще всего хлорофилл используется в качестве натурального и безвредного пищевого красителя зеленого цвета.
Интересные факты о фотосинтезе
Вот еще что интересного я нашла об этом процессе:
- главным поставщиком кислорода в результате фотосинтеза является морской фитопланктон;
- некоторые глубоководные бактерии настолько светочувствительны, что для запуска процесса фотосинтеза им достаточно света от горячих источников;
- при чрезмерном солнечном освещении способность растительных клеток к фотосинтезу может уменьшаться;
- листья фиолетового и красного цветов насыщены специальными пигментами, которые не позволяют подавить процесс фотосинтеза при избытке освещения;
- некоторые виды бактерий не выделяют кислород при фотосинтезе.
А еще хлорофилл не является обязательным для фотосинтеза. В некоторых организмах его роль выполняет «родственник» витамина А, под названием ретиналь.
Когда я голоден, первым делом лезу в холодильник или же спускаюсь за продуктами в кладовую. Но что могут делать растения, когда они голодают? Со школьных времен я помню, как учительница на примере цветов, стоящих в классе, рассказывала нам, что растениям нужен солнечный свет, вода и почва, чтобы расти. Но как они получают свою пищу? Они делают это сами!
Ценность фотосинтеза
Невозможно переоценить важность фотосинтеза для поддержания жизни на Земле. Если бы он прекратился, то:
- на Земле вскоре стало бы мало пищи или других органических веществ;
- со временем атмосфера нашей планеты стала бы почти лишенной газообразного кислорода;
- планету населяли бы только анаэробные бактерии, живущие в бескислородной среде.
Так же как люди питаются пищей, так и растения должны поглощать газы, чтобы жить. Многие люди считают, что они «кормят» растение, когда зарывают его в почву, поливают или выставляют на солнце, но ни один из этих источников не является пищей для них.
Благодаря поглощению световой энергии и преобразованию ее в кислород и минералы любое растение может существовать. Этот процесс называется фотосинтезом и выполняется всеми растениями, водорослями и даже некоторыми микроорганизмами.
Для фотосинтеза нашим «зеленым друзьям» необходимо три вещи:
- углекислый газ;
- вода;
- солнечный свет.
Фотосинтез и экосистема
С помощью углекислого газа и воды, гороховый стручок использует энергию от солнечного света для создания молекул сахара. Когда кролик съел стручок гороха, он косвенно получил энергию от солнечного света, который хранился в молекулах сахара цветка.
Энергия, вырабатываемая в процессе фотосинтеза, отвечает за ископаемое топливо, питающее промышленность. В прошлые века зеленые растения и мелкие организмы росли быстрее, чем они потреблялись, сейчас ситуация в корне изменилась. К сожалению, современная цивилизация использует в течение нескольких столетий избыток фотосинтетического производства, накопленный за миллионы лет, и как следствие углекислый газ возобновляется особо большими темпами.
Энергия правит миром. Энергетическая ценность, килокалории - знакомые слова, да? Калории в нашем обществе, озабоченном похудением до несуществующего идеала, чаще ассоциируются с чем-то плохим. Вот мои подруги вечно ругают себя за то, что едят. И что-то там говорят мне про "плохую еду". Плохая еда - это та, которая испортилась или у вас нее аллергия. Всё.
Не буду вдаваться в подробности диетологии, но без калорий (или урезая их до абсолютного минимума) просто невозможно жить, ведь они дают нам энергию для работы всего организма. Нет еды - нет жизни.
Вот и у растений то же самое. Им для роста и жизнедеятельности тоже нужна энергия, только получают они ее не из борща и котлеток, а из почвы и солнечного света. "Питание светом" называется фотосинтезом.
Фотосинтез: что он дает растениям
Самые известные "фотосинтезаторы" - это растения, поэтому речь я поведу о них, хотя той же способностью могут похвастаться и некоторые бактерии.
Наиболее распространенным является хлорофилльный фотосинтез. Именно хлорофилл помогает растениям "ловить" солнечные лучи. Он же окрашивает их листья в зеленый. Хлорофилл находится в хлоропластах - клеточных органеллах растений.
Интересно, что хлорофилл - это еще и пищевая добавка Е140.
Энергия света нужна для того, чтобы растения могли преобразовать неорганические вещества в органические (которыми смогут питаться).
Помимо света для фотосинтеза растениям нужны вода и углекислый газ.
При такой сложной переработке растения получают необходимые для себя углеводы и аминокислоты.
Кислород - один из побочных продуктов фотосинтеза. Так растения "кормят" не только себя, но и атмосферу.
Альтернативные способы питания
Не заменяет, но дополняет фотосинтез почвенное питание. Корни растений "вытягивают" питательные вещества из почвы. Для этого, кстати, тоже необходима вода. Корни могут впитать только раствор, сухое вещество для них бесполезно.
У некоторых растений в ходе эволюции появился еще один способ питания. Довольно необычный. Эти растения насекомоядны.
Типичные представители:
- росянка;
- венерина мухоловка;
- пузырчатка.
Но насекомые - не основа их питания. Они могут благополучно и мирно жить без животной пищи, но та все-таки служит важным дополнением к их рациону.
На безбелковой диете такие растения обычно растут несколько хуже.
Фотосинтез. Какое же это было тяжелое для меня слово в младшей школе. Хорошо хоть, нас не заставляли тогда учить не менее сложный процесс фотосинтеза. Я думал, что понять этот процесс нереально. Но чутка позже меня перевели в гимназию. Учительница биологии, работавшая там, была очень хорошим преподавателем. Она всегда могла найти подход к ребёнку и, используя навороченные схемы, видео и искусство ораторства, вбила в наши ещё неокрепшие головы основы фотосинтеза.
Немного о фотосинтезе
Это незаменимый в природе процесс, без которого мы не смогли бы нормально дышать, а растения вырабатывать себе пищу. При его помощи организмы способны потреблять солнечную энергию, углекислый газ и воду, а взамен вырабатывать углеводы и кислород. Почему я пишу организмы, а не растения? Да потому что фотосинтезировать могут:
- Растения (правда, неожиданно?).
- Цианобактерии.
- Некоторые одноклеточные животные, такие, как эвглена зелёная.
Основы фотосинтеза
Я постараюсь рассказать вам об этом как можно более сжато. Ведь процесс настолько тяжёлый, что у неподготовленных просто взорвётся мозг от полученной информации. Предлагаю взглянуть на страницу моего старого конспекта по биологии.
Что вы из этого извлекли? Да, я украинец. Ну а по теме? Я уверен, что вы почти ничего не поняли. Поэтому объясняю вам с нуля.
- В клетках фотосинтезирующих организмов есть компоненты хлоропласты, внутри которых и происходит фотосинтез.
- Солнце воздействует на специальные фотосистемы, которые заставляют электроны неистово двигаться по тилакоидам (это составные хлоропласта) и выпрыгивать поверх оболочки.
- Фотосистемам нужны новые электроны! Они в панике! Но спокойствие, только спокойствие! Есть ещё одна фотосистема, которая умеет расщеплять воду на нужные нам составные компонеты.
- Итак, мы получили от этого кислород, ионы Водорода и дополнительные электроны. Кислород нам нафиг не нужен, мы его выбрасываем отсюда, пусть им дышат какие-то животные и людишки. А вот электроны восполняют фотосистемы. Ионы Водорода свободно тусят внутри тилакоида, соединяясь с лишними электронами.
- Оставшиеся ионы Водорода грустят, что им не досталась пара. Поэтому они летят за оболочку к электронам, что по ней гуляют. Для них открывается шлюз, и там словно на таможне, ионы должны отдавать частичку своей энергии. Она накапливается в батарейках АТФ.
- Атомы Водорода обрели своё счастье, и теперь им организм подгоняет углекислый газ, с которым они сливаются, образуя самые простые углеводы.
Мы получили кучу запасов энергии и углеводов. Организм счастлив!
Итоги полученного урока
Можешь похвастаться перед друзьями, получить пятёрку в школе или изучить более сложные основы пищеварения, если после этого у тебя не пропало желание учить биологию.
В детстве я большую часть лета проводила на даче, и мама всегда с любовью говорила: «Доченька, не рви цветы, они ведь живые, как и люди. Солнышко светит на листочки и выходит кислород, которым мы дышим, это называется фотосинтезом». И я слушалась, правда, на тот момент я не понимала самого процесса фотосинтеза.
Но благодаря ее подробным рассказам и знаниям, полученным в школе, теперь я имею полное представление об этом важном явлении.
Что такое фотосинтез
Не хочу грузить вас сложными терминами и определениями, поэтому сформулирую просто, фотосинтез — это выработка растениями глюкозы и главное кислорода под воздействием солнечного света, и переработки воды и углекислого газа.
У большинства растений во время фотосинтеза участвуют листья. Если рассмотреть листья под микроскопом, то мы увидим, что они состоят из зеленых продольных клеток, которые носят название хлоропласты, их наполняет зеленый пигмент хлорофилл. Это можно увидеть на картинке, где лист увеличен под микроскопом.
Но цвет листьев зеленый не из-за того, что хлорофилл имеет такой цвет. Дело в том, что клетки могут поглощать только лучи синего и красного спектра, а зеленый спектр отражают, поэтому в большинстве случаев мы видим листья зеленого цвета. Но бывают случаи, когда других пигментов больше, чем хлорофилла, тогда листья могут приобретать желтую, или даже красную расцветку.
Хлорофиллы впитывают в себя солнечный свет, после чего начинается процесс сложной химической реакции, в ходе которой вырабатываются:
- сахар;
- жиры;
- углеводы;
- белки;
- и крахмал.
Но все-таки главной особенностью фотосинтеза является выработка кислорода, который позволяет благополучно жить людям и животным на Земле.
Две фазы фотосинтеза — световая и темновая
Для световой фазы важное значение имеют солнечный свет и пигменты.
Как я уже писала ранее про зеленую и другую окраску листьев, это связано с тем, что пигменты бывают у растений разные:
- желтые;
- зеленые;
- синие;
- красные.
В фотосинтезе участвуют хлорофиллы (зеленые пигменты). Все пигменты поглощают солнечный свет и передают его в хлорофиллы, так как только они могут его перерабатывать, после чего энергия света превращается в химическую энергию АТФ и восстановленного НАДФ*Н, в результате фоторазложения воды выделяется кислород.
В темной фазе в содержимом хлоропластов восстанавливается поглощенный углекислый газ, что вызывает образование органических веществ.
Процесс, именуемый фотосинтезом, мне не преподавали разве что на уроках по иностранному языку. О фотосинтезе говорили на уроках, а впоследствии, и на лекциях по химии, физике, биологии. Все преподавали по-разному, и каждый «со своей колокольни». Проанализировав услышанное, я постарался выделить общую информацию.
Фотосинтез – это энергетическая основа жизни
Процесс превращения углекислого газа в органические вещества с помощью энергии света называют фотосинтезом. Возникновение способности переносить солнечную энергию в энергию химических соединений превратило Солнце в главный источник, снабжающий энергией Землю.
Меня учили, что в общих чертах процесс такой:
- на Солнце происходят термоядерные реакции;
- солнечная энергия, попадая на Землю, усваивается растениями и некоторыми бактериями;
- растения преобразуют полученную энергию с помощью углекислого газа из атмосферы в энергию химических связей органических веществ;
- по завершению процесса фотосинтеза происходит высвобождение кислорода в атмосферу и синтез органических веществ.
Пигменты – это компоненты, необходимые для фотосинтеза
Процесс преобразования энергии возможен с помощью пигментов. Именно пигменты во время фотосинтеза разлагают воду и высвобождают кислород. В растениях роль такого пигмента играет хлорофилл. Еще в школе я проводил эксперименты, демонстрирующие разложение света, условно, на семь цветов. Это цвета радуги. Так вот, красная часть, равно как и синяя с фиолетовой, поглощаются хлорофиллами. А вот зеленая часть спектра отражается, придавая растениям зеленую окраску.В дополнение к хлорофиллу, в листьях растений есть пигменты желтые и оранжевые. Эти пигменты невидимы летом на фоне большого количества хлорофилла. Осенью, на фоне сокращения светового дня хлорофилл постепенно разрушается, и именно в это время листья окрашиваются в желтые и красные цвета.
Кстати хлорофилл, участвующий в фотосинтезе, является очередной пищевой добавкой под номером Е140 и разрешен к применению как вспомогательное средство в пищевом производстве. Уж не знаю, в какой концентрации она вредна, но, наверное, это одна из самых безобидных добавок.
Совсем недавно племянник поставил меня в неловкую ситуацию, когда задал вопрос: «Почему листья на деревьях имеют зеленый окрас?» Конечно, я ответил ему, что дело здесь в хлорофилле, который отвечает за фотосинтез, но ребенок не имел понятия о том, кто такой этот фотосинтез и попросил меня объяснить ему в чем тут дело. Его просьба заставила меня напрячь свои извилины и основательно погуглить, чтобы дать ответ на первый вопрос и на все вытекающие из него.
Что собой представляет явление фотосинтеза
Если отойти от классического объяснения из книжек, то явление можно представить в виде сравнения с тем, как питается человек. Вот, уже и подошли мы к основной функции фотосинтеза — питательной. Чтобы накормить себя, человеку нужно найти еду. Растения прикреплены к почве и проводят свою жизнь на одном и том же месте, они не могут перемещаться в поисках пищи, но совсем не лишены такой потребности. Единственным выходом из такой ситуации становиться самостоятельная добыча пищевого материала из подземной и надземной среды и его преобразование в необходимые вещества.
Растение может получить воду и различные минералы из почвы, но откуда ему взять те же углеводы? Мы получаем их поедая разную выпечку, сладости, картошку и так далее, а растение получает его путем синтеза. Оно, словно маленькая химическая лаборатория, производит в листьях химическую реакцию при участии:
- углекислого газа, который мы удаляем из своего организма путем выдыхания;
- воды — богини всего живого;
- и солнечного света.
При встрече этих элементов на листе растения (или на поверхности бактерии) начинается бурная химическая реакция, в результате которого, как своего рода "выхлоп" на свет производится кислород.
Почему хлорофилл зеленый
Ребенок спрашивал меня: «Почему листья растений не черного цвета, ведь он сильнее других поглощает солнечную энергию?» Для фотосинтеза куда более важна сила освещения, нежели температура. Энергия, которую лучше поглощают темные цвета способна лишь повысить температуру листа, а экстремально высокие/низкие температуры способны лишь замедлить процесс фотосинтеза и навредить организму.
Я обожаю бывать на природе. Особенно по лесу. После таких прогулок, несмотря на то, что проходила по нему целый день, чувствую себя отдохнувшей и полной сил.
Задалась вопросом «почему» и узнала много интересного…
Влияние растений на воздух
Не секрет, что мы дышим воздухом, а точнее кислородом в нем. Последнего в составе может присутствовать различное количество. Например, в городе его содержание уменьшается под воздействием других газов, в помещении от работы отопительных приборов. А в горах кислорода меньше, чем в равнинных территориях, что объясняется разреженностью воздуха. Я крайне чувствительна к содержанию кислорода, в горах и в холодное время года в помещении меня начинают одолевать головные боли. В лесу со мной такого не бывает!
Среди растительности же концентрация кислорода выше. Разница с иными местами составляет всего 1-3 %, но этого достаточно, чтобы почувствовать прилив энергии и «насытить» организм этим газом. А происходит пополнение запасов кислорода на планете путем особого процесса, который происходит в зелени растений. Название ему фотосинтез.
Фотосинтез — сложный процесс
Фотосинтез – процесс преобразования углекислого газа и воды (неорганические вещества) в органику, например крахмал, глюкозу. Происходит это в особых клетках, носящих название хлоропласты. Нам они не видны, но именно они составляют зеленые части любого растения. Органические вещества используются растениями для собственных нужд, а образующийся при реакции фотосинтеза кислород выделяется в воздух в виде побочного продукта.
Еще со школы помнила, что обязательным условием протекания описанного выше процесса, является присутствие солнечного света. Без него в темное время суток у растений такой процесс, как фотосинтез, невозможен. По ночам они дышат, как и мы, люди, «вдыхая» кислород.
К фотосинтезу способны:
- Зеленые растения.
- Водоросли.
- Бактерии.
«Львиная доля» кислорода в воздухе образована растительным покровом планеты. Благодаря фотосинтезу на Земле образовалась атмосфера и сформировалась жизнь в том проявлении, что мы видим сейчас. Благодаря фотосинтезу существую я и все мы.