Информация

Как така само шепа животни могат да извършват фотосинтеза?

Как така само шепа животни могат да извършват фотосинтеза?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Доколкото разбирам, цялата енергия, на която разчитат живите същества, идва от слънцето. Преработва се от растенията при фотосинтеза. Тези растения се консумират от тревопасни животни, които от своя страна се консумират от хищници. Енергията се стича по този начин, като фотосинтезата е решаваща основа за всички останали слоеве.

Преди няколко дни се чудех, как така животните не правят фотосинтеза? Тази история говори за няколко екзотични животни, които могат да извършват фотосинтеза, но изглежда, че са краен случай.

Изглежда, че има практическо правило: ако едно същество може да извършва фотосинтеза, то не може да се движи. Защо това е така? Не би ли било полезно за бозайник, подобен на тревопасни, да може да създава захари директно от слънчева светлина? Изобщо няма да им се налага да пасат, просто намират вода и слънчева светлина. Възможно е да им е по-лесно да избягват хищници и да се разширят на повече територия.

Можете ли да измислите добра причина, поради която подобни същества никога не са станали масови?


Всичко е свързано с енергия.

Смята се, че са необходими 5000 квадратни метра растения, за да изхранят обикновения човек в развития свят, докато същият източник дава най-ниската възможна за човек при идеални условия на 700 квадратни метра. За сравнение, средният човек покрива по-малко от 1 квадратен метър. Въпреки че има много отпадъци (животните са в състояние да ядат само няколко процента от енергията, която растението произвежда), общата енергия, налична от фотосинтезата, все още е с порядък по-малка от дневните нужди за типично животно.

Дори в случая на охлюва, който сте свързали (за който бихте очаквали, че ще се нуждае от възможно най-малко енергия за подвижно животно), изглежда, че те получават малко или никаква от действителната си енергия от фотосинтезата.

Следователно виждате фотосинтезата, ограничена до живот, който има изключително ниски енергийни изисквания, което обикновено означава да сте неподвижни (или да се движите много, много бавно, както в случая с някои растения). Веднага щом се адаптирате към мобилна, по-висока енергийна ниша, имате нужда от достъп до много повече енергия, отколкото фотосинтезата може да осигури.


Количеството енергия, идващо от Слънцето, е ограничено (около 750 W/m^2, перпендикулярно на входящата светлина). Необходимо е сравнително голямо количество енергия, за да се движи, така че фотосинтезиращо животно не би могло да се движи много или много често. (И всъщност известните примери не го правят.)


Изненадващо изследване разкрива, че фотосинтезата може да бъде стара колкото живота

Откритието също така предизвиква очакванията за това как животът може да се е развил на други планети. Смята се, че еволюцията на фотосинтезата, която произвежда кислород, е ключов фактор за евентуалното възникване на сложен живот. Смяташе се, че това ще отнеме няколко милиарда години, за да се развие, но ако всъщност най-ранният живот може да го направи, тогава други планети може да са развили сложен живот много по-рано, отколкото се смяташе преди.

"Сега знаем, че Photosystem II показва модели на еволюция, които обикновено се приписват само на най-старите известни ензими, които са били от решаващо значение за развитието на самия живот." — д-р Танай Кардона

Изследователският екип, ръководен от учени от Imperial College London, проследи еволюцията на ключови протеини, необходими за фотосинтезата, до вероятно произхода на бактериалния живот на Земята. Техните резултати са публикувани и свободно достъпни в BBA – Биоенергетика.

Водещият изследовател д-р Танай Кардона от Департамента по науки за живота в Imperial каза: „Преди това показахме, че биологичната система за производство на кислород, известна като Photosystem II, е изключително стара, но досега не сме били способен да го постави на времевата линия на историята на живота.

“Сега знаем, че Photosystem II показва модели на еволюция, които обикновено се приписват само на най-старите известни ензими, които са били от решаващо значение за развитието на самия живот.”

Ранно производство на кислород

Фотосинтезата, която превръща слънчевата светлина в енергия, може да се появи в две форми: една, която произвежда кислород, и друга, която не. Обикновено се приема, че произвеждащата кислород форма се е развила по-късно, особено с появата на цианобактерии или синьо-зелени водорасли преди около 2,5 милиарда години.

Въпреки че някои изследвания предполагат, че джобове на произвеждаща кислород (кислородна) фотосинтеза може да са съществували преди това, все още се смяташе за иновация, която отне поне няколко милиарда години, за да се развие на Земята.

Новото изследване установява, че ензими, способни да изпълнят ключовия процес в кислородната фотосинтеза - разделяне на водата на водород и кислород - всъщност биха могли да присъстват в някои от най-ранните бактерии. Най-ранните доказателства за живот на Земята са на възраст над 3,4 милиарда години и някои проучвания предполагат, че най-ранният живот може да бъде на повече от 4,0 милиарда години.

Колонии от цианобактерии под микроскоп.

Подобно на еволюцията на окото, първата версия на кислородната фотосинтеза може да е била много проста и неефективна, тъй като най-ранните очи са усещали само светлината, най-ранната фотосинтеза може да е била много неефективна и бавна.

На Земята са били необходими повече от милиард години на бактериите, за да усъвършенстват процеса, водещ до еволюцията на цианобактериите, и още два милиарда години на животните и растенията, за да завладеят земята. Въпреки това, че производството на кислород изобщо е присъствало толкова рано в други среди, като например на други планети, преходът към сложен живот може да отнеме много по-малко време.

Измерване на молекулярни часовници

Екипът направи своето откритие, като проследи „молекулярния часовник“ на ключовите фотосинтезни протеини, отговорни за разделянето на водата. Този метод оценява скоростта на еволюция на протеините, като разглежда времето между известните еволюционни моменти, като например появата на различни групи цианобактерии или сухоземни растения, които носят версия на тези протеини днес. След това изчислената скорост на еволюция се удължава назад във времето, за да се види кога протеините са се развили за първи път.

„Можем да разработим фотосистеми, които биха могли да извършват сложни нови зелени и устойчиви химични реакции, изцяло захранвани от светлина. — д-р Танай Кардона

Те сравняват скоростта на еволюция на тези фотосинтезни протеини с тази на други ключови протеини в еволюцията на живота, включително тези, които образуват молекули за съхранение на енергия в тялото и тези, които превеждат ДНК последователности в РНК, за които се смята, че са възникнали преди предшественика на целия клетъчен живот на Земята. Те също така сравняват скоростта със събития, за които е известно, че са се случили по-скоро, когато животът вече е бил разнообразен и са се появили цианобактерии.

Протеините на фотосинтезата показват почти идентични модели на еволюция с най-старите ензими, простиращи се далеч назад във времето, което предполага, че са еволюирали по подобен начин.

Първият автор на изследването Томас Оливър от Департамента по естествени науки в Imperial каза: „Използвахме техника, наречена реконструкция на предците, за да предскажем протеиновите последователности на фотосинтетичните протеини на предците.

“Тези последователности ни дават информация за това как е работила предшестващата фотосистема II и успяхме да покажем, че много от ключовите компоненти, необходими за еволюцията на кислород във Photosystem II, могат да бъдат проследени до най-ранните етапи в еволюцията на ензима.

Насочване на еволюцията

Познаването как се развиват тези ключови протеини за фотосинтеза е не само от значение за търсенето на живот на други планети, но също така може да помогне на изследователите да намерят стратегии за използване на фотосинтезата по нови начини чрез синтетична биология.

Д-р Кардона, който ръководи такъв проект като част от своята стипендия за бъдещи лидери на UKRI, каза: „Сега имаме добро усещане за това как се развиват протеините на фотосинтезата, адаптирайки се към променящия се свят, можем да използваме „насочена еволюция“, за да научим как да ги променят, за да произвеждат нови видове химия.

“Можем да разработим фотосистеми, които биха могли да извършват сложни нови зелени и устойчиви химични реакции, изцяло захранвани от светлина.”


Футуристична наука

Учените отдавна преследват идеята да поддържат хората живи, като използват части от животни - процес, наричан ксенотрансплантация. Но дълго време се смяташе, че е невъзможно. Ранните експерименти показват, че тялото отнема около пет минути, за да отхвърли орган от друг вид. „Никой не би посмял да говори“ за провеждането на клинични изпитвания за ксенотрансплантация, казва Лео Бюлер, президент на Международната асоциация по ксенотрансплантация.

За да поддържат човек жив бъбрек, сърце или бял дроб на свиня, човешката имунна система трябва да бъде измамена да не разпознае, че идва от различен вид. Точно тук идва технологията за редактиране на гени Crispr, която позволява на изследователите да правят целенасочени промени в пълен набор от гени на много места едновременно. Crispr – съкратено за групирани, редовно разпределени къси палиндромни повторения – е използван от eGenesis за елиминиране от генома на прасетата на група вируси, които някои се опасяват, че биха могли да прескочат при хората след трансплантация. Сега те също работят за премахване на маркери, които идентифицират клетките като чужди, така че човешката имунна система да не ги отхвърли

Wenning Qin в лабораторията си в eGenesis. Снимка: Тони Луонг / The Guardian


Фотосинтеза

Фотосинтезата е процес, при който растенията използват слънчева светлина, вода и въглероден диоксид, за да създадат кислород и енергия под формата на захар.

Зелени дървесни листа

Листата на растението са зелени, защото този цвят е част от слънчевата светлина, отразена от пигмент в листата, наречен хлорофил.

Снимката е предоставена от Shutterstock

По-голямата част от живота на Земята зависи от фотосинтезата. Процесът се осъществява от растения, водорасли и някои видове бактерии, които улавят енергия от слънчевата светлина, за да произвеждат кислород (O2) и химическа енергия, съхранявана в глюкоза (захар). След това тревопасните получават тази енергия, като ядат растения, а месоядните я получават, като ядат тревопасни.

Процеса

По време на фотосинтезата растенията поемат въглероден диоксид (CO2) и вода (H2О) от въздуха и почвата. В рамките на растителната клетка водата се окислява, което означава, че губи електрони, докато въглеродният диоксид се намалява, което означава, че получава електрони. Това превръща водата в кислород и въглеродния диоксид в глюкоза. След това растението освобождава кислорода обратно във въздуха и съхранява енергия в молекулите на глюкозата.

Вътре в растителната клетка има малки органели, наречени хлоропласти, които съхраняват енергията на слънчевата светлина. В тилакоидните мембрани на хлоропласта има поглъщащ светлина пигмент, наречен хлорофил, който е отговорен за придаване на зеления цвят на растението. По време на фотосинтезата хлорофилът поглъща енергия от вълните на синя и червена светлина и отразява вълните на зелена светлина, което прави растението зелено.

Светлинно-зависими реакции срещу светло-независими реакции

Въпреки че има много стъпки зад процеса на фотосинтезата, той може да бъде разделен на два основни етапа: светлинно-зависими реакции и светло-независими реакции. Светлинно-зависимата реакция протича в тилакоидната мембрана и изисква постоянен поток слънчева светлина, откъдето идва и името светлина-зависим реакция. Хлорофилът поглъща енергия от светлинните вълни, която се превръща в химическа енергия под формата на молекулите ATP и NADPH. Независимият от светлината етап, известен също като цикъла на Калвин, протича в стромата, пространството между тилакоидните мембрани и хлоропластните мембрани, и не изисква светлина, откъдето идва и името светлина-независим реакция. По време на този етап енергията от молекулите ATP и NADPH се използва за сглобяване на въглехидратни молекули, като глюкоза, от въглероден диоксид.

Не всички форми на фотосинтеза обаче са създадени равни. Има различни видове фотосинтеза, включително С3 фотосинтеза и С4 фотосинтеза. С3 фотосинтезата се използва от повечето растения. Той включва производството на тривъглеродно съединение, наречено 3-фосфоглицеринова киселина по време на цикъла на Калвин, което впоследствие се превръща в глюкоза. С4 фотосинтезата, от друга страна, произвежда междинно съединение с четири въглерода, което се разделя на въглероден диоксид и съединение с три въглерода по време на цикъла на Калвин. Предимството на фотосинтезата на С4 е, че като произвежда по-високи нива на въглерод, тя позволява на растенията да процъфтяват в среда без много светлина или вода.

Листата на растението са зелени, защото този цвят е част от слънчевата светлина, отразена от пигмент в листата, наречен хлорофил.


Зададохме този въпрос на Хауърд Грифитс от катедрата по растителни науки на Кеймбриджския университет.

Когато за първи път ми зададе този въпрос за ролята на лунната светлина във фотосинтезата, първоначалният ми отговор не беше шанс! Тъй като интензитетът на светлината, който получаваме, отразен от луната, е порядък 100-1000 пъти по-малък, за да поддържа фотосинтезата в повечето земни саксийни растения и растения, които имаме в нашата градина.

Въпреки това, аз се поразрових малко и разгледах някои последни анализи на скоростта на фотосинтеза във водораслите. Удивително е, но изглежда, че някои групи от много малък фитопланктон може да са в състояние да фотосинтезират, използвайки светлината от луната, при условие че е в тропиците и при условие, че не е отслабена от воден стълб, който има тенденция да абсорбира светлина експоненциално.

Така че отговорът все още е „вероятно не“, защото очевидно фитопланктонът расте във воден стълб, така че е малко вероятно да успеят да уловят интензитета на светлината.

Това обаче също отваря редица интригуващи въпроси, защото растенията със сигурност се опитват да избягват светлината от луната. Сигурен съм, че много от вас са запознати със сгъването на листата, което виждаме в детелината, която расте във вашите тревни площи, и много растения в градината сгъват листата си през нощта. Дарвин се интересувал от това и смятал, че това е свързано с листата, които се опитват да поддържат топлинния си баланс през нощта.

Това, което смятаме, че се случва сега, е, че листата се опитват да избягват лунната светлина, за да предотвратят нарушаването на циркадните им ритми от тези различни интензитети на светлината, защото те със сигурност реагират на лунната светлина. Всъщност вече е известно, че много животни - животни, толкова разнообразни като змии и крокодили - и цял набор от растения и различни системи, включително хората - са силно чувствителни към лунната светлина и начина, по който тя може да прекъсне нашия циркадиен контрол и нашето усещане за продължителност на деня.


Как така само шепа животни могат да извършват фотосинтеза? - Биология

Използвайки енергията на слънчевата светлина, растенията могат да преобразуват въглеродния диоксид и водата във въглехидрати и кислород в процес, наречен фотосинтеза. Тъй като фотосинтезата изисква слънчева светлина, този процес се случва само през деня. Често обичаме да мислим за това като растения, които „дишат въглероден диоксид и „издишват кислород“. Процесът обаче не е толкова прост. Точно като животните, растенията трябва да разграждат въглехидратите до енергия. За това е необходим кислород. Тогава защо растенията се освобождават от целия кислород, който произвеждат по време на фотосинтезата? Отговорът е, те не. Растенията всъщност задържат малко количество кислород, който произвеждат при фотосинтезата, и използват този кислород, за да разграждат въглехидратите, за да им дадат енергия.

Но какво се случва през нощта, когато няма слънчева светлина, която е необходима за фотосинтезата? Интересното е, че за да поддържат метаболизма си и да продължат дишането през нощта, растенията трябва да абсорбират кислород от въздуха и да отделят въглероден диоксид (което точно правят животните). За щастие на всички нас, дишащите кислород, растенията произвеждат приблизително десет пъти повече кислород през деня от това, което консумират през нощта.

Растенията разграждат захарта до енергия, използвайки същите процеси като ние. Кислородът е необходим за разграждането на захарта до въглероден диоксид, освобождавайки енергията, която растенията могат да използват, за да останат живи.

Въпреки това, растенията също поемат енергия от слънцето (светлина), въглероден диоксид от атмосферата и вода от почвата, те използват всички тях, за да произвеждат захар и да отделят кислород. (Те използват „въглерода“ във въглеродния диоксид, за да изградят молекулата на захарта). Тъй като през нощта няма слънчева светлина, това дава на растенията начин да останат живи, дори когато няма светлина.

Въпреки това, растенията използват захар, за да изградят почти всичко! Целулозата, твърдият материал в растенията, е просто куп захарни молекули, свързани помежду си. Ние обаче не можем да го усвоим, но някои животни могат. По същия начин растенията произвеждат нишесте (захар, свързана помежду си, но не толкова плътно), за да съхранява енергия, когато е тъмно. Ние сме в състояние да усвоим нишестето.

Тъй като растенията използват захарта, която произвеждат, за повече от енергия, те произвеждат повече кислород, отколкото използват.

Страхотен въпрос! Растенията произвеждат кислород, тъй като когато фотосинтезират, те поемат въглероден диоксид (CO2 газова форма на въглерод, свързана с две кислородни молекули) и вода (H2O кислород, свързан с два водородни атома) и ги комбинирайте, използвайки светлинна енергия, за да произвеждате захари и кислород. Това съхранява енергията в химически връзки (в захарите) и освобождава О2. Химическото уравнение за това е:
6CO2 +6Н2 ° С6Х12О6(захар) + 6O2

Растенията използват тези захари, както ние, когато ги консумираме, за енергия. Растенията използват захарите, които произвеждат, като ги окисляват (с О2, точно като нас), за да освободи енергията, съхранявана в връзките. Те пускат CO2 (точно като нас, когато дишаме). Но когато растенията фотосинтезират, те отделят повече О2 по време на фотосинтеза, отколкото те ще консумират при дишане (окисляване на захарите, които са направили). Те освобождават кислорода през същите пори, които позволяват CO2 да влязат в техните листни клетки.

Бързият отговор на вашия въпрос е това кислородът е просто отпадъчен продукт, когато растенията извършват фотосинтеза.

Растенията могат да направят две важни неща:
Използвайте енергията от слънцето, за да превърнете CO2 (въглероден диоксид) и H2O (вода) в захар (C6Х12О6) с кислород (O2) останал. Това е фотосинтеза.

И те могат:
Разбийте захарта (C6Х12О6) в CO2 (въглероден диоксид) и H2O (вода), но те се нуждаят от (O2) кислород, за да го направи. Това е клетъчно дишане.

Можем да направим само второто нещо.
В първи закон на термодинамиката ни казва, че материята не може да бъде създадена или унищожена. Не може да дойде от нищото и не може да изчезне. Така че един и същ брой атоми (C, H, O) трябва да влязат и да напуснат. Нека пишем фотосинтезата като балансирано уравнение.

фотосинтеза:
6CO2 +6Н2O дава C6Х12О6 + 602
Пребройте броя на въглеродните атоми от всяка страна на стрелката. Ако имате шест от едната страна, имате нужда от шест от другата. Сега пребройте водородните атоми. (6 X 2) от едната страна и 12 от другата. Колко кислородни атома има от лявата страна?
(6 X 2) + (6 X 1) = ___. Сега колко кислородни атома има в глюкозата? 6.
Така остават ви кислородни атоми. Това е мястото, където О2 идва от. Това е остатъчният материал от производството на захар. Точно както когато правите нещо, изрезките, които отрязвате, не изчезват. Растението диша извадете кислорода, който е полезен за всички нас, животните, защото имаме нужда от кислород, както знаете.

Може ли да има животни без растения? Може ли да има растения без животни?

Растенията произвеждат кислород като отпадъчен продукт от производството на захар с помощта на слънчева светлина, въглероден диоксид и вода. Ако растението се нуждае от енергия, но няма слънчева светлина, то може да изгори захарта, която е направило обратно, когато е имало слънчева светлина, и за това се нуждае от кислород.


Листа

Обменът на кислород и въглероден диоксид в листата (както и загубата на водна пара при транспирация) се осъществява през пори, наречени устицата (единствено число = стома).

Обикновено устицата се отварят, когато светлината удари листата сутрин и се затваря през нощта. Непосредствената причина е промяна в тургора на охранителни клетки. Вътрешната стена на всяка защитна клетка е дебела и еластична. Когато тургорът се развие в двете защитни клетки, обграждащи всяка стома, тънките външни стени изпъкват и принуждават вътрешните стени да придобият форма на полумесец. Това отваря стомата. Когато защитните клетки загубят тургор, еластичните вътрешни стени възвръщат първоначалната си форма и стомата се затваря.

Време Осмотично налягане lb/in 2
7 сутринта 212
11 часа сутринта 456
17:00 ч. 272
12 Полунощ 191

Таблицата показва осмотичното налягане, измерено в различни часове на деня в типичните защитни клетки. Осмотичното налягане в другите клетки на долния епидермис остава постоянно при 150 lb/in 2 (

1000 килопаскала, kPa). Когато осмотичното налягане на защитните клетки стана по-високо от това на околните клетки, устицата се отвори. Вечерта, когато осмотичното налягане на защитните клетки спадна почти до това на околните клетки, устицата се затвори.

Отваряне на устицата

Повишаването на осмотичното налягане в защитните клетки се причинява от поглъщането на калий йони (K+). Концентрацията на К + в отворените защитни клетки далеч надвишава тази в околните клетки. Ето как се натрупва:

  • Синята светлина се абсорбира от фототропин който активира протонна помпа (H + -АТФаза) в плазмената мембрана на защитната клетка.
  • АТФ, генериран от светлинните реакции на фотосинтезата, задвижва помпата.
  • Тъй като протоните (H + ) се изпомпват от клетката, нейната вътрешност става все по-отрицателна.
  • Това привлича допълнителни калиеви йони в клетката, повишавайки нейното осмотично налягане.

Затваряне на устицата

Въпреки че отворените устици са от съществено значение за фотосинтезата, те също излагат растението на риск от загуба на вода чрез транспирация. Около 90% от водата, поета от растението, се губи при транспирация. При покритосеменните и голосеменните растения (но не и при папратите и ликопсидите) абсцизовата киселина (ABA) е хормонът, който задейства затварянето на устицата, когато почвената вода е недостатъчна, за да се справи с транспирацията (която често се случва около средата на деня).

  • ABA се свързва с рецепторите на повърхността на плазмената мембрана на защитните клетки.
  • Рецепторите активират няколко взаимосвързани пътища, които се сближават, за да произвеждат
    • повишаване на рН в цитозола
    • прехвърляне на Са 2+ от вакуолата към цитозола

    Отворените устици също осигуряват отвор, през който бактериите могат да нахлуят във вътрешността на листа. Въпреки това, защитните клетки имат рецептори, които могат да открият наличието на молекули, свързани с бактерии, наречени свързани с патоген молекулярни модели (PAMPs). LPS и флагелин са примери. Когато защитните клетки открият тези PAMPs, ABA медиира затварянето на стомата и по този начин затваря вратата за влизане на бактерии.

    Тази система от вроден имунитет прилича на това, което се среща при животните.

    Плътност на устицата

    Плътността на устицата, образувани върху растящите листа, варира в зависимост от фактори като температура, влажност, и интензитет на светлината около растението. Зависи и от концентрацията на въглероден двуокис във въздуха около листата. Връзката е обратно тоест като концентрацията на CO 2 нараства, броят на произведените устици намалява и обратно. Някои доказателства:

    • Растения, отглеждани в изкуствена атмосфера с високо ниво на CO 2 имат по-малко устици от нормалното.
    • Хербарийните екземпляри разкриват, че броят на устиците в даден вид е намалявал през последните 200 години &mdash по времето на индустриалната революция и нарастващите нива на CO 2 в атмосферата.

    Тези данни могат да бъдат количествено определени чрез определяне на стомален индекс: съотношението на броя на устиците в дадена област, разделено на общия брой на устиците и други епидермални клетки в същата област.

    Как растението определя колко устия да произведе?

    Оказва се, че зрелите листа на растението откриват условията около тях и изпращат сигнал (естеството му все още не е известно - но вижте по-долу * ), който регулира броя на устиците, които ще се образуват върху развиващите се листа.

    Два експеримента (докладвани от Lake et al., in природата, 411:154, 10 май 2001 г.):

    • Когато зрелите листа на растението (Арабидопсис) са затворени в стъклени тръби, пълни с високи нива (720 ppm) CO 2 , развиващите се листа имат по-малко устие от нормалното, въпреки че растат в нормален въздух (360 ppm).
    • Обратно, когато на зрелите листа се подава нормален въздух (360 ppm CO 2 ), докато издънката е изложена на високо ниво на CO 2 (720 ppm), новите листа се развиват с нормалния устичен индекс.

    * Един сигнал, който увеличава устната плътност в 2-дневни разсади Arabidopsis (различна експериментална настройка от тази по-горе), е 45-аминокиселинен пептид, наречен стомаген който се освобождава от мезофилните клетки и предизвиква образуването на устици в епидермиса отгоре.

    Устицата разкриват минали нива на въглероден диоксид

    Тъй като CO 2 нивата и устичният индекс са обратно свързани, може ли изкопаемите листа да ни разкажат за минали нива на CO 2 в атмосферата? да. Както съобщава Грегъри Реталак (в природата, 411:287, 17 май 2001 г.), неговото изследване на изкопаемите листа на гинко и неговите роднини показва:

    • техните устни индекси бяха Високо късно в пермския период (преди 275&ndash290 милиона години) и отново в епохата на плейстоцена (преди 1&ndash8 милиона години). От геоложки данни е известно, че и двата периода са били времена на ниска нива на атмосферен въглероден диоксид и ледникови епохи (с ледници).
    • Обратно, устичните индекси бяха ниска през периода Креда, време на висок CO 2 нива и топъл климат.

    Тези проучвания също подкрепят значението на въглеродния диоксид като парников газ, който играе важна роля в глобалното затопляне.


    Процес на фотосинтеза стъпка по стъпка

    По дефиниция фотосинтезата е процес, чрез който фотоавтотрофите превръщат енергията, получена от Слънцето, в използваема химическа енергия. Светлината, водата, хлорофилът и въглеродният диоксид са основните изисквания за този процес.

    Етап 1

    Въглеродният диоксид в атмосферата навлиза в листата на растението през устицата, тоест малките епидермални пори в листата и стъблото на растенията, които улесняват преноса на различни газове и водни пари.

    Стъпка 2

    Водата навлиза в листата, главно през корените. Тези корени са специално проектирани да изтеглят подпочвените води и да ги транспортират до листата през стъблото.

    Стъпка 3

    Тъй като слънчевата светлина пада върху повърхността на листата, хлорофилът, т.е. зеленият пигмент, присъстващ в листата на растението, улавя енергията в него. Интересното е, че зеленият цвят на листата също се дължи на наличието на хлорофил.

    Стъпка 4

    След това се произвеждат водород и кислород чрез преобразуване на вода с помощта на енергията, получена от Слънцето. Водородът се комбинира с въглероден диоксид, за да направи храна за растението, докато кислородът се освобождава през устицата. По подобен начин дори водораслите и бактериите използват въглероден диоксид и водород за приготвяне на храна, докато кислородът се отделя като отпадъчен продукт.

    Електроните от молекулите на хлорофила и протоните от водните молекули улесняват химичните реакции в клетката. Тези реакции произвеждат ATP (аденозин трифосфат), който осигурява енергия за клетъчните реакции, и NADP (никотинамид аденин динуклеотид дифосфат), от съществено значение за метаболизма на растенията.

    Целият процес може да се обясни с една-единствена химическа формула.

    Искате ли да пишете за нас? Е, ние търсим добри писатели, които искат да разпространят информацията. Свържете се с нас и ще говорим.

    Докато ние приемаме кислород и отделяме въглероден диоксид, за да произвеждаме енергия, растенията поемат въглероден диоксид и отделят кислород, за да произвеждат енергия.

    Фотосинтезата има няколко предимства, не само за фотоавтотрофите, но и за хората и животните. Химическата енергия, съхранявана в растенията, се предава на животните и хората, когато консумират растителна материя. Той също така помага за поддържане на нормално ниво на кислород и въглероден диоксид в атмосферата. Почти целият кислород, присъстващ в атмосферата, може да бъде приписан на този процес, което също означава, че дишането и фотосинтезата вървят заедно.

    Подобни публикации

    ДНК пръстовите отпечатъци революционизираха наказателните разследвания за установяване на истински виновници. Колкото и интересно да звучи, той има сложна процедура стъпка по стъпка. Тази статия ще ви даде пълно&hellip

    Прочетете, за да научите повече за стъпките на фотосинтезата, едно от най-завладяващите явления в природата.

    Ако искате да разберете как се осъществява механизмът на клетъчното делене в човешкото тяло, вижте следващата статия. Процесът на митоза и неговите етапи&hellip


    Основни структури и резюме на фотосинтезата

    Фотосинтезата изисква слънчева светлина, въглероден диоксид и вода като изходни реагенти (Фигура 4). След като процесът приключи, фотосинтезата освобождава кислород и произвежда въглехидратни молекули, най-често глюкоза. Тези захарни молекули съдържат енергията, необходима на живите същества, за да оцелеят.

    Фигура 4. Фотосинтезата използва слънчева енергия, въглероден диоксид и вода за освобождаване на кислород и за производство на съхраняващи енергия захарни молекули.

    Сложните реакции на фотосинтезата могат да бъдат обобщени с химичното уравнение, показано на фигура 5.

    Фигура 5. Процесът на фотосинтеза може да бъде представен с уравнение, при което въглеродният диоксид и водата произвеждат захар и кислород, използвайки енергия от слънчевата светлина.

    Въпреки че уравнението изглежда просто, многото стъпки, които се извършват по време на фотосинтезата, всъщност са доста сложни, тъй като реакцията, обобщаваща клетъчното дишане, представлява много индивидуални реакции. Преди да научите подробностите за това как фотоавтотрофите превръщат слънчевата светлина в храна, важно е да се запознаете с участващите физически структури.

    При растенията фотосинтезата се извършва предимно в листата, които се състоят от много слоеве клетки и имат диференцирани горна и долна страна. Процесът на фотосинтеза не протича върху повърхностните слоеве на листа, а по-скоро в средния слой, наречен мезофил (Фигура 6). Газообменът на въглероден диоксид и кислород се осъществява през малки, регулирани отвори, наречени устицата.

    При всички автотрофни еукариоти фотосинтезата се извършва вътре в органела, наречена хлоропласт. В растенията клетките, съдържащи хлоропласт, съществуват в мезофила. Хлоропластите имат двойна (вътрешна и външна) мембрана. В хлоропласта има трета мембрана, която образува подредени, дисковидни структури, наречени тилакоиди. В тилакоидната мембрана са вградени молекули хлорофил, пигмент (молекула, която абсорбира светлина), чрез която започва целият процес на фотосинтеза. Хлорофилът е отговорен за зеления цвят на растенията. Тилакоидната мембрана обхваща вътрешно пространство, наречено тилакоидно пространство. Други видове пигменти също участват във фотосинтезата, но хлорофилът е най-важният. Както е показано на фигура 6, купчина от тилакоиди се нарича гранум, а пространството около гранума се нарича строма (да не се бърка с устицата, отворите на листата).

    Art Connection

    Фигура 6. Не всички клетки на листа извършват фотосинтеза. Клетките в средния слой на листа имат хлоропласти, които съдържат фотосинтетичния апарат. (кредит “leaf”: модификация на произведението от Cory Zanker)

    В горещ и сух ден растенията затварят устицата си, за да пестят вода. Какво влияние ще има това върху фотосинтезата?


    Как растенията и животните получават енергия?

    Растенията поглъщат енергия от слънцето и използват фотосинтезата, за да произвеждат захари. Животните имат митохондрии, които използват захарите, осигурени от растенията, за да произвеждат собствена клетъчна енергия. Растенията, които произвеждат своя собствена храна и храна за други растения и животни, използвайки фотосинтеза, се наричат ​​автотрофи.

    Слънцето осигурява енергия за растенията, които я абсорбират в своите хлоропласти. Хлоропластите използват тази енергия за създаване на захарни молекули, които помагат на растенията да растат и да се възпроизвеждат. След това идват животните и ядат растенията и поглъщат енергията им. Те използват енергията, получена от растенията, за да произвеждат собствена енергия и да я преобразуват във вода и въглероден диоксид. Растенията използват въглеродния диоксид и водата и цикълът започва отново. За да получат енергия, животните не винаги трябва да ядат растения. Те също могат да получат енергия от яденето на други животни, които ядат растения.

    Има много различни процеси, които протичат в растенията и животните, които изискват енергия. Синтетичната работа включва неща като производството на ДНК и изисква енергия, за да се случи. Механичната работа, свързана с движението на мускулите, изисква енергия, както и електрическите импулси, които пътуват от мозъка до останалата част от тялото. Без достатъчно енергия тези процеси стават трудни или невъзможни.


    Фотосинтеза, клетъчно дишане и ферментация

    Вие вече научихте малко за фотосинтезата благодарение на нашето изследване на растителните клетки. Научихте, че фотосинтезата се случва в хлоропластите, които се намират само в растителните клетки. Нека помислим какво друго вече сте научили.

    Вече научихте, че има два основни типа организми, когато става въпрос за храна: производители и консуматори. Производителите могат сами да си приготвят храна. Потребителите получават храната, от която се нуждаят, като ядат други организми. Научихте, че само растенията са производители и че те сами си правят храна, като комбинират вода (H2О), въглероден диоксид (CO2) и енергия от слънцето за производство на захар (C6Х12О6) и кислород (О2). Този процес, както научихте, се нарича фотосинтеза. В процеса на производство на захар растителните клетки също заключват част от енергията, която са събрали от слънчевата светлина, в молекулата на захарта.

    Добре, страхотно. И така, как клетките (не забравяйте, че и растителните, и животинските клетки се нуждаят от енергия и нито една от тях не може директно да използва енергията, предоставена от слънцето) извличат енергията от молекулата на захарта? Те го правят с процес, наречен клетъчно дишане. При клетъчното дишане клетките използват кислород, за да разрушат молекулата на захарта. Това освобождава енергията, която след това се прехвърля към молекула на АТФ (аденозин трифосфат). АТФ е горивото, от което клетките се нуждаят за енергия. И къде се случва клетъчното дишане? Както научихте, това се случва в тези удобни митохондрии.

    Така че наистина вече знаете всички основни неща. Има само няколко подробности, които трябва да научите и те са разгледани в раздел 1 на глава 5 във вашия учебник и, разбира се, точно тук. Нека започнем с фотосинтезата

    Фотосинтеза

    Ако погледнете растителните клетки под микроскоп и ги сравните с животинските, има две неща, които ще забележите веднага. Първо, ще забележите клетъчната стена, която заобикаля растителната клетка. Ще го забележите по същия начин, по който го забеляза Робърт Хук. Второто нещо, което ще забележите, е, че растителната клетка е зелена, а животинската клетка е основно ясна. Ако гледате относително голяма растителна клетка и използвате микроскоп като тези, които имаме в училище, ще забележите, че не цялата растителна клетка е зелена. Вместо това ще забележите, че вътре в растителната клетка има големи зелени обекти. Тези големи зелени обекти, разбира се, са хлоропласти. И причината да са зелени е, че съдържат зелен пигмент, наречен хлорофил.

    Разгледайте тази илюстрация от вашата книга:

    Забелязвате ли как химическата формула, която определя фотосинтезата, изглежда малко по-различна от начина, по който първоначално сте я научили? Вместо CO2 + H2O + светлина показва 6CO2 +6Н2О + светлина. Това е, защото химическите уравнения, точно като математическите уравнения, трябва да се балансират. Оригиналната формула взема един въглероден атом (това е колко въглеродни атома има в CO2), 2 водородни атома (това е колко водородни атома има в H2O) и 3 кислородни атома (2, които са в CO2 и един, който е в H2O) и го превръща в глюкоза (която съдържа 6 въглеродни атома, 12 водородни атома и 6 кислородни атома) и кислородна молекула (O2, който съдържа 2 кислородни атома). Това просто не се допълва! Не можете магически да превърнете 1 въглероден атом от CO2 на 6 въглеродни атома в C6Х12О6. But if you do the math with the formula in the illustration above, you'll see that the number of atoms of carbon, oxygen, and hydrogen on both sides of the equation are correct. You will get way more practice balancing chemical equations when you study chemistry in 8th grade science.

    Клетъчно дишане

    It is tempting to think of cellular respiration as the opposite of photosynthesis. If you look at the illustration from our book, below, you'll see why:

    Do you see the way the chemical formula for cellular respiration is the reverse of the chemical formula for photosynthesis? The only real difference is that in one, the energy is sunlight and in the second, the energy is the ATP molecule. It's that reversal that makes many people think of photosynthesis and cellular respiration as being opposites. They are not! Rather, they are complementary to one another. Without photosynthesis, there would be no sugar, without which there could be no cellular respiration. On the other hand, cellular respiration produces the H2О и СО2 that are needed for photosynthesis. It's really important for you to remember that cellular respiration in eukaryotic cells takes place in the mitochondria. Both animal cells and plant cells depend on cellular respiration for their energy needs, because both animal cells and plant cells need ATP. Plant cells may be able to use the energy from the sun to make sugar, but they can't use the sun's energy as fuel. They need ATP the same way that animal cells do, and ATP can only be formed through cellular respiration. The illustration below from your book shows the way that photosynthesis and cellular respiration complement each other.

    Do you see what I don't like about this illustration? Is it clear from this illustration that plant cells also have mitochondria? Not clear enough, in my opinion! So remember! Plant cells have mitochondria, too!

    Ферментация

    What happens when there is not enough oxygen to keep the cellular respiration reaction alive? Your book makes it seem like the answer is very simple. Let's start with the simple answer in your book. If there is not enough oxygen for cells to perform cellular respiration, they resort to another method of producing energy called fermentation. They still break down the sugar molecule to release the energy so that it can be transferred to an ATP molecule, but they do it without oxygen. In cellular respiration, CO2 и Х2O are produced along with the energy. In fermentation, CO2 and something called lactic acid are produced. Just like your book explains, you've probably experienced fermentation yourself when you've had to run the Wednesday mile and you've really pushed yourself to get a good grade. You know that burning or stinging sensation that you feel in your muscles when you push yourself running? That's caused by a buildup of lactic acid in your muscles. No matter how hard your lungs and heart work to get oxygen to the cells in your leg muscles, they still aren't getting enough to produce all the energy they need through cellular respiration. So, they are forced to switch to fermentation, and lactic acid is produced.

    There are some organisms that get all of their energy needs from fermentation. One common example is yeast. Мда. That same stuff that you drop into the bread maker. You should have noticed that there were lots of bubbles in the tubes containing the yeast and sugar water in our classroom. You've already seen live yeast cells in class that I projected from a microscope to the screen. A few classes got lucky and were able to see some yeast cells that were in the process of reproducing. I know you're going to be happy to hear this: yeast cells reproduce by budding! Just when you thought it was safe to forget all about budding and the pain it has caused you on past tests, it's back!

    So how does yeast make bread rise? It's pretty simple, really. Bread is made mostly of flour. You probably already know that bread is "carbs", or carbohydrates. Do you remember what carbohydrates are? That's right, they are just long strings of sugar molecules. Yeast uses those sugar molecules to get the energy it needs, and in the process it creates CO2. That CO2 makes bubbles inside of the bread dough, and those bubbles make the dough get larger, or rise.

    There is another way that fermentation caused by yeast is important. Grape juice also contains a lot of sugar. When yeast is added to grape juice, it uses the sugar for energy. Yes, it produces CO2, but it also produces alcohol. That's how grape juice is turned into wine!

    The Global Warming Connection

    Remember An Inconvenient Truth, the Al Gore documentary movie? One of the scenes in the movie showed the earth at night as photographed from space. Vice President Gore said that the large red areas were forests burning. There are plenty of naturally-occurring forest fires, but humans purposely set forests ablaze, too. In Brasil, for example, parts of the rainforest are burned to create more land for crops and housing. Think about what this means for global warming.

    Global warming is caused by too much carbon dioxide in the atmosphere. The carbon dioxide acts as a blanket. When sunlight hits the earth, it can't radiate back into space because of the carbon dioxide and other greenhouse gases that are present in the atmosphere. So, the earth gets hotter.

    Burning forests is a double-whammy. First, removing trees means that they aren't there anymore to convert carbon dioxide into sugar and oxygen. Second, when we burn the trees, we are releasing all of the carbon dioxide that they have collected. When mitochondria combine glucose with oxygen to produce energy, they are "burning" the sugar through a process called oxidation. There are many examples of oxidation in real life. When a nail gets rusty, that's oxidation. And, of course, when something burns, that's oxidation, too. The only difference between rusting, burning, and the way that mitochondria release the energy from a glucose molecule is the speed of the reaction. Rusting is very slow oxidation and burning is very fast oxidation. So burning the sugar in the trees is just a very fast version of what mitochondria do: the sugar releases carbon dioxide and energy in the form of heat. Some trees have been alive for hundreds or even thousands of years! So when we burn them, we are releasing hundreds or thousands of years worth of "captured" carbon dioxide.

    That's it, folks. If you can remember the chemical formula for both photosynthesis and cellular respiration, if you can explain how the two processes complement one another, and if you can explain what happens when there is not enough oxygen for cellular respiration, then you've learned what you need to have learned.

    These videos will help you to understand photosynthesis and cellular respiration. Don't be afraid of the complicated scientific vocabulary! You will understand more than you think if you just stop once in a while and try to make a connection between what is going on in the video and what you have already learned.


    Гледай видеото: КАК ПРАВЯТ ЖИВОТНИТЕ . Образователно видео за деца (Може 2022).