 |
|
Розділ 5 Потоки речовини в екосистемах
Фотосинтез
Основу будь-якої екосистеми складають групи різних організмів, зв’язаних між собою харчовими взаємодіями. Починають трофічний ланцюгорганізми - продуценти, що здатні створювати органічну речовину, яка йде на власне життєзабезпечення. В більшості своїй це зелені рослини (макро- та мікроскопічні), що перетворюють сонячну енергію в енергію хімічних зв’язків органічних сполук (вуглеводів, білків, жирів), які створюються в процесі фотосинтезу з мінеральних речовин навколишнього середовища (вуглекислого газу, води, азоту та інших речовин). Біля 1% сонячної енергії (точніше 0,8%), що досягає Землі, перетворюється клітинами рослин (і деяких бактерій) в хімічну енергію синтезованих органічних речовин. Фотосинтез – це необхідна ланка, що зв’язує живу й неживу природу. Без надходження енергії від Сонця життя на нашій планеті за другим законом термодинаміки, припинилося б назавжди. Для здійснення процесів фотосинтезу в клітинах рослини є свої біохімічні машини – їх називають хлоропластами (від грецького слова “хлорос” – жовто-зелений). В процесі фотосинтезу світлова енергія використовується, щоб розчепити молекулу води на складові частини. Цей етап, що зветься фотолізом води, схожий з електролізом води під впливом електричного струму. Його сумарний результат можна записати так:
Потім кисень вивільнюється в атмосферу, а іон водню зв’язується з речовиною хлоропласту, так званим акцептором водню. Потім акцептор, який зв’язав водень, відновлює вуглекислий газ повітря. Цей процес (його називають фіксацією вуглекислоти) вже не потребує освітлення і може йди в темряві. Механізм фіксації вуглекислоти був виявлений американським вченим М.Келвіном, який одержав за цю працю Нобелевську премію 1961 року. Кінцевим результатом фотосинтезу є утворення глюкози. Отже, загальний наслідок фотосинтезу можна записати так:
де 2818,7 кДж – енергія світла, необхідна для синтезу 1 грам-молю глюкози.
На першому етапі фотосинтезу, на якому, власне, й здійснюється вловлювання світла, найважливішу роль відіграє речовина зеленого кольору (пігмент), що поглинає світло певної довжини. Цей пігмент носить назву хлорофілу і складається з світлопоглинаючої антени та реакційного центру.
Фотохімічний центр працює безперервно і нагадує електричну батарейку – джерело постійного току.
Синтезовані рослинами вуглеводи (глюкоза, сахароза, крохмаль) частково витрачаються на потреби власного життєзабезпечення рослини, що здійснюється за рахунок енергії, яка вивільнюється при їх розкладі:
Одержані при цьому продукти – згідно із зворотною реакцією, вуглекислий газ та вода – вертаються в повітряне та водне середовище. Але, окрім потреб внутрішнього життєзабезпечення частина органічної речовини, що створена рослинами, йде на задоволення харчових потреб організмів- макроконсументів (тварин та людей)., здатних тільки до споживання та перетворення органіки в готовому вигляді.
Утворена внаслідок життєдіяльності різноманітних організмів мертва органічна речовина (для рослин – опале листя, сухі гілки, для тварин –екскременти, трупи) не нагромаджується в екосистемі, а утилізується іншими групами організмів- редуцентами, для яких ця мертва органіка слугує їжею. Головна їх функція полягає в поступовій мінералізації мертвої органічної речовини і повертанні утворених при цьому сполук для їх повторного використання рослинами. Звичайно, середовищем мешкання редуцентів є ґрунт, донні відкладення або товща води. В результаті утворюються продукти розкладу – вуглекислий газ, вода та мінеральні солі, які надходять в навколишнє середовище. З другого боку – це потоки мертвої органіки, що безперервно надходять редуцентам.
Отже, природні системи характеризуються циклічністю потоків речовини, тобто, наявністю кругообігів.