Фотосинтез - проще простого
от процесс шел успешно под сравнительно толстым снежным покровом,
достигающим 26 сантиметров. Хотя интенсивность света, проходящего через
такой слой снега, ослабевала приблизительно в 20 раз, скорость фотосинтеза
у не покрытых и покрытых снегом растений почти одинаковая. Этот
удивительный факт можно объяснить следующим образом: под снегом растения
оказались в более благоприятных температурных условиях, которые и позволили
компенсировать падение фотосинтеза, вызванное понижением освещенности.
Эти опыты убедительно показывают, что в условиях многомесячной зимы
фотосинтез не только возможен, но и необходим для нормального
энергообеспечения зимнезеленых растений.
Леса — легкие планеты!
Стало расхожим утверждение, что зеленые растения накапливают в
атмосфере кислород. Нередко в научно-популярной литературе приходится
встречать утверждения, будто гектар кукурузных посевов выделяет за год 15
тонн кислорода, что достаточно для дыхания 30 человек, а дерево средней
величины обеспечивает трех человек и т. д. Леса называют легкими планеты...
На первый взгляд эти утверждения представляются убедительными, ведь в
соответствии с уравнением фотосинтеза в ходе образования органических
веществ зелеными растениями и в самом деле выделяется кислород, причем чем
больше органического вещества образуется в процессе фотосинтеза, тем
интенсивнее выделяется кислород.
Авторы подобных утверждений забывают, однако, что органические вещества
кукурузы превратятся в углекислый газ в результате гниения и дыхания
животных организмов. При поедании кукурузы животными или человеком
некоторое количество органических веществ растения трансформируется в новые
органические вещества животного организма, которые в конечном счете
превращаются в углекислый газ при дыхании. Дыхание — процесс обратный
фотосинтезу:
С6Н12О6 + 6О2 ( 6СО2 + бН2О.
Если при образовании 1 тонны органического вещества в ходе фотосинтеза
выделилось п килограммов кислорода, то точно такое же его количество
потребуется для последующего окисления этого вещества.
То же самое происходит и с деревом. Разница лишь в том, что,
превратившись в какую-нибудь поделку (стол, шкаф, оконную раму и т.п.), оно
может разрушаться в течение длительного времени. Но ведь и растет дерево
сотни лет! А вот сгореть может в мгновение ока. При этом израсходуется
почти столько кислорода, сколько дерево выделило за всю свою долгую жизнь.
Так накапливают ли кислород современные растения?
В атмосфере и гидросфере Земли содержится 1,5-1015 тонн кислорода.
Считается, что он — результат деятельности древних анаэробных автотрофных
организмов, осуществлявшейся на протяжении длительного периода истории
Земли. Накопление кислорода на нашей планете стало мощным стимулом для
появления принципиально новых организмов — аэробных, способных
извлекать энергию из органических веществ в результате окислительных
процессов с участием атмосферного кислорода.
Кислород, образуемый современной растительностью в ходе фотосинтеза,
расходуется на дыхание самих растений (около 1/3), а также животных и
человека, на аэробное разложение органических веществ микроорганизмами и на
процессы горения различных веществ, то есть почти весь его объем,
выделяемый наземной растительностью, расходуется и накопления в атмосфере
фактически не происходит. К тому же суммарное количество кислорода,
выделяемого за год лесами, по подсчетам специалистов, ничтожно мало по
отношению к общему запасу его в атмосфере Земли, а именно около 1/22 000.
Таким образом, вклад наземных экосистем в баланс кислорода на нашей планете
весьма незначителен. Возмещение кислорода, расходуемого на процессы
горения, происходит главным образом за счет фитопланктона. Дело в том, что
в достаточно глубоких водоемах отмершие организмы опускаются на такую
глубину, где их разложение осуществляется анаэробным путем, то есть без
поглощения кислорода.
Гидросфера оказывает влияние на баланс газов в атмосфере еще и потому,
что в ней иное соотношение между азотом и кислородом. Если в атмосфере оно
равно четырем, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два
раза выше. Правда, интенсивное загрязнение морей и океанов создает угрозу
возникновения в них анаэробных условий.
Так, например, по сравнению с 1900 годом в некоторых впадинах
Балтийского моря содержание кислорода резко сократилось, а местами он
практически отсутствует.
Что касается атмосферы, то в ней, как показывают систематические
наблюдения за концентрацией кислорода, проводимые с 1910 года, содержание
этого газа практически не изменилось и равно 20,9488 % ± 0,0017. Это
отнюдь не означает, что нам не следует заботиться о сохранении
растительного покрова Земли. Темпы использования кислорода резко возросли.
По некоторым данным, за последние 50 лет было использовано его в %
отношении столько же, сколько за последний миллион лет, то есть примерно
0,02 % атмосферного запаса. Человечеству в ближайшем будущем не угрожает
кислородное голодание, тем не менее для сохранения стабильности газового
состава атмосферы предстоит шире использовать водную, ветровую, ядерную и
другие виды энергий.
Следует иметь в виду, что в последние годы много говорят и пишут об
абиогенном происхождении кислорода атмосферы, исключающем участие живых
организмов в этом процессе. Так, например, в верхних слоях атмосферы под
действием жесткого ультрафиолетового излучения молекулы воды могут
распадаться на водород и кислород. Водород, как более легкий газ,
преодолевает притяжение Земли и уходит в космос. В среднем около 10 %
появившегося в стратосфере водорода навсегда покидает нашу планету.
Следовательно, соответствующее количество кислорода, образовавшегося при
фотолизе молекул воды, остается без «напарника» и постепенно скапливается в
атмосфере.
Другой возможный путь поступления в атмосферу абиогенного кислорода —
извержение вулканов. Дело в том, что в газообразных выделениях вулканов
кислорода довольно много, иногда до 12— 15 % (после исключения паров воды и
кислотных газов).
Отметим, однако, что этот источник представляется все же не очень
существенным. По крайней мере нужны весомые доказательства и точные расчеты
вклада абиогенных источников в формирование атмосферы Земли, накопление в
ней кислорода.
Что же касается фотосинтезирующих организмов, то их участие в
накоплении кислорода очевидно. Если величину огромных запасов каменного
угля и некоторых других горючих ископаемых (например, торфа),
использованных человеком и находящихся еще в недрах Земли, подставить в
уравнение фотосинтеза, то можно рассчитать, сколько кислорода поступило в
атмосферу в результате жизнедеятельности растении, давших начало этим
полезным ископаемым.
Следует также учесть всю биомассу существующих ныне растений,
органическое вещество которых образовалось с выделением кислорода.
Но все это еще не самое главное. Первичные запасы кислорода не могли
быть созданы современными растениями или деревьями каменноугольного
периода, поскольку совершенно исключена, возможность их существования в
атмосфере, лишенной его.
Сторонники абиогенного происхождения кислорода на Земле, люди, как
правило, не искушенные в биологии, спрашивают: если сначала в атмосфере
Земли кислорода не было, то где же первые растения брали кислород для
дыхания? При этом они полагают, что своим вопросом нанесли нокаутирующий
удар ретроградам-биологам, придерживающимся традиционного взгляда на
природу атмосферного кислорода. Между тем ученые никогда не рассматривали
современную растительность в качестве источника накопления первичного
кислорода. В книге Э. Броды «Эволюция биоэнергетических механизмов»
обстоятельно проанализированы различные точки зрения по этому вопросу.
Автор пишет: «Никто не сомневается, что до появления у растений фотосинтеза
содержание свободного кислорода было незначительным... Единственным
источником свободного молекулярного кислорода был фотолиз водяных паров в
высших слоях атмосферы, который протекал под действием солнечного
коротковолнового ультрафиолета. Свободный водород, возникавший при этом,
постепенно диссипировал в пространство, оставляя в атмосфере кислород...
Количество фотолитически образованного кислорода, несомненно, было гораздо
ниже тех количеств кислорода, которые высвобождаются при фотосинтезе в наше
время за тот же промежуток времени».
Уже в очень древних геологических слоях Земли обнаружены синезеленые
водоросли (сейчас их чаще называют цианобактериями), которые и явились
накопителями первичного кислорода в атмосфере Земли. Вполне естественно,
что древние синезеленые водоросли не обладали способностью дышать и
механизм распада органических веществ в их клетках напоминал процесс
брожения.
В пользу того, что первоначально атмосфера Земли не имела кислорода,
свидетельствует факт существования в природе анаэробных организмов.
Любопытно отметить, что многочисленные реакции обмена аэробных организмов,
в том числе современных животныхи растений, включают большое количество
реакции анаэробного распада веществ. Создается впечатление, что организмы,
приспособившись изначально обходиться без кислорода, упорно сохра
| |  скачать работу |
Фотосинтез - проще простого |
