Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Динамика веществ и энергии в биосфере. Источники энергии для организмов



 

Существование биосферы немыслимо без постоянного круговорота биологически важных веществ, которые после использования их животными организмами вновь переходят в форму, пригодную для дальнейшей трансформации при участии солнечной энергии.

Основными химическими элементами биосферы являются C, N, H, O, P, S. Хотя количество живого вещества составляет лишь 0,25 % массы биосферы, тем не менее, оно играет основную роль и определяет все важнейшие закономерности химических реакций, протекающих на Земле. В результате действия живых организмов образуются основные газы в биосфере: О2, СО2, N, CH4 и др., между ними устанавливаются определенные соотношения, происходит непрерывное образование биогенных материалов и т.д. Многократное использование одних и тех же атомов химических элементов, постоянный круговорот углерода и других химических компонентов структуры живого вещества обусловливают существование жизни на Земле, протекание сложных биогеохимических циклов. Основными компонентами структуры живого вещества, по определению В.И. Вернадского, являются «циклические элементы»: кислород, углерод, водород, азот, натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, железо. Для функционирования живых организмов особенно большое значение имеют углерод, кислород, азот, водород, фосфор и сера. Этим определяется сравнительно высокое их содержание в составе живого вещества (например, азота и водорода в живом организме примерно в 100 раз больше, чем во внешней среде, а углерода в 60 раз превышает его содержание в земной коре). 96 % веса тела человека составляют такие элементы, как кислород, углерод, водород и азот. Таким образом, уникальные свойства живого вещества обусловлено не теми элементами, из которых оно образовано, а характерной организацией и концентрацией их в организме. Свободный кислород обеспечивает жизнь на Земле, в то же время он сам является продуктом жизнедеятельности организмов. Почти весь кислород атмосферы имеет биологическое происхождение. Кислород воздуха – это, в конечном счете кислород воды, расщепленный солнечным светом в процессе фотосинтеза.

Процессы фотосинтеза являются основными производителями органического вещества из элементов неорганической природы с помощью энергии солнечных лучей. Базовую структуру молекул органических веществ составляют атомы углерода, образующие цепи или кольца. Основной путь кругооборота углерода – из CО2 в живое вещество (процессы хемосинтеза в бактериях, фотосинтеза в растениях) и обратно в CО2 при его разрушении (процессы катаболизма в живом организме).

Круговорот углерода сводится к следующему замкнутому циклу: в процессе жизнедеятельности растений из атмосферы извлекается CО2 и выделяется О2; животные организмы возвращают в атмосферу CО2 как в процессе дыхания, так и после своей смерти в результате жизнедеятельности бактерий и грибов, расщепляющих органическое вещество до CО2 и воды.

Азот составляет 79 % атмосферы, но подавляющее большинство живых организмов неспособно прямо использовать его огромный запас. Азот атмосферы усваивается азотфиксирующими бактериями и водорослями, которые переводят его в растворимые соединения – нитраты. Последние в почве используются растительными организмами. Небольшое количество азотистых соединений поступает в почву в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов. Остальная часть азота освобождается при разложении живого вещества растений и животных бактериями, превращающими азотистые органические вещества в аммиак.

В результате жизнедеятельности живых организмов в биосфере устанавливается определенный уровень обмена энергией. В среднем около 30% энергии солнечного излучения, попавшего в верхнюю часть атмосферы, рассеивается ею или отражается облаками и поверхностью Земли. 20% энергии солнечного излучения поглощается при прохождении через атмосферу. Око 50% солнечной энергии достигает суши или океана и поглощается в виде тепла.

Количество поглощенной и излученной энергии на Земле приблизительно одинаково. Лишь очень небольшая часть солнечной энергии, ассимилированная живыми организмами, на длительное время задерживается на Земле, рассеиваясь в космическое пространство в виде тепла.

Количество солнечной энергии, поступающей в живые организмы, ничтожно по сравнению с общим энергетическим балансом Земли. Только 0,1% энергии, получаемой Землей от Солнца, связывается в процессе фотосинтеза. Источником энергии, а также пластическим материалом для животных служит органическое вещество с богатой потенциальной энергией межмолекулярных связей, образованное в растениях в результате фотосинтеза. После использования органических веществ в процессах клеточного метаболизма продукты их разрушения в виде углекислого газа и воды вновь попадают в атмосферу, продолжая, таким образом циклический биогеохимический процесс.

Энергетическая суть процессов жизнедеятельности организмов с водится к трем основным видам трансформации энергии:

1. использование лучистой энергии солнечного света в зеленых растениях зеленым пигментом – хлорофиллом в процессе фотосинтеза (превращение энергии солнечного излучения в химическую энергию органических веществ и, прежде всего, углеводов)

2. превращение химической энергии углеводов в биологически доступную энергию макроэргических фосфатных связей (в митохондриях растительных и животных клеток)

3. использование химической энергии фосфатных связей для выполнения различного рода работы (механическая – в результате мышечного сокращения, электрическая – при передаче нервных импульсов, осмотическая – при движении молекул против градиента концентрации и т.д.)

Таким образом, все живые организмы получают потенциальную энергию, необходимую для их жизнедеятельности, в виде пищи. Энергия не создается заново и не исчезает, она только переходит из одной формы в другую или накапливается в виде потенциальной энергии (в пищевых веществах).

 

Контрольные вопросы к главе 1.

1. Совокупность реакций синтеза, необходимых для построения клетки, называется обменом:

А) пластичестическим

Б) энергетическим

 

2. Существует ли в организме депо белковых соединений:

А) да

Б) нет

 

3. Для синтеза белковой молекулы используются:

А) только отдельные аминокислоты

Б) отдельные аминокислоты и полипептиды

В) только полипептиды

 

4. Главным источником энергии в клетке являются:

А) белки

Б) жиры

В) углеводы

 

5. Жиры в организме выполняют функцию:

А) только энергетическую

Б) только пластическую

В) пластическую и энергетическую

 

6. Могут ли трансформироваться в жир белки и углеводы:

А) да

Б) нет

 

7. Какие вещества быстрее подвергаются биологическому окислению, выделяя необходимую организму энергию:

А) жиры

Б) углеводы

 

8. Существует ли в организме депо углеводов:

А) да Б) нет

 

9. Процесс окисления глюкозы при анаэробном распаде называется:

А) гикогенолизом

Б) гликолизом

 

10. В какой фазе фотосинтеза образуется глюкоза:

А) световой

Б) темновой

 

11. Уникальные свойства живого вещества определяется:

а) набором химических элементов, которыми оно образовано

б) характерной организацией и концентрацией химических элементов

 

12. 96 % массы тела образуют элементы:

а) фосфор, сера, натрий, магний

б) кислород, водород, углерод, азот

 

13. Используются ли одни и те же атомы химических элементов на Земле многократно:

а) да

б) нет

 

15. Какой процент энергии солнечного излучения используется в процессе фотосинтеза:

а) 10

б) 0,1

в) 100


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.