Рослини і глобальний фотосинтез

 

 

 

В сучасну епоху людство все більше розуміє істину, доведену видатними вченими Тімірязєвим та Вернадським, що існування людини та сучасної цивілізації визначається станом рослинного покриву нашої планети. Роль фотосинтезу в біосферних процесах Землі настільки значна та різноманітна, що проблема фотосинтезу правомірно вважається однією з найважливіших проблем науки і практики.

Фотосинтез з’явився більш як 3, 5 мільярдів років тому, що стало могутньою рушійною силою еволюції органічної матерії. Еволюційний процес випробував різні варіанти енергозабезпечення життя. Перші прокаріоти типу бактерій були ферментуючими гетеротрофами, які добували їжу шляхом розщеплення органічних речовин абіотичного походження. Хемоавтотрофи також не змогли забезпечити поступальний темп еволюції. Продовжувався пошук надійного джерела енергії. Таким джерелом міг бути водень води, якої було в надлишку в океанах планети, але як розщепити її молекулу, де взяти енергію, щоб здійснити цей процес? І лише в архейську еру «пошуки» еволюційного процесу увінчалися успіхом. Життя дістало якісно нове, практично невичерпне джерело енергії–Сонце.

Прокаріоти–ціанобактерії, які дали початок розвиткові рослинного царства, були першими організмами, здатними до фотоавтотрофії. Вони виробили мініатюрний, чудово організований механізм уловлювання та хімічного запасання сонячної енергії.

Із первинних прокаріотів–організмів із неоформленим ядром, унаслідок поступової спеціалізації клітинних структур утворились ядерні евкаріоти. Впродовж тривалої еволюції з одноклітинних форм життя виникли багатоклітинні організми з диференційованими тканинами й органами. У вищих рослин сформувався листок–спеціалізований апарат, який за своєю анатомічною будовою та хімічним складом був здатний до поглинання та фотосинтетичного запасання сонячної радіації.

Центральне місце в цьому процесі зайняв зелений пігмент–хлорофіл. Видатний учений Тімірязєв, підкреслюючи космічну роль зеленої рослини, образно писав, що зелений листок, а точніше хлорофіл, є фокусом у світовому просторі, в який, з одного боку, надходить енергія Сонця, а з іншого–беруть початок усі прояви життя на Землі. Усе живе на нашій планеті залежить від фотосинтезу–або безпосередньо, або опосередковано. Саме зелена рослина, використовуючи сонячну енергію в реакціях фотосинтезу, забезпечує зв'язок життя на Землі зі Всесвітом і визначає усе різноманіття глобальних явищ у біосфері, у тому числі розвиток людської цивілізації.

Повсюдна поява представників рослинного царства як на суші, так і в океані, створила неосяжний зелений екран планети, який і став потужним біотрансформатором потоків енергії, речовини та інформації у біосфері. Людство залежить від фотосинтезу ще й тому, що використовує енергетичні ресурси, те паливо, яке утворилося за багато мільйонів років функціонування процесу фотосинтезу. Вуглекислий газ первинної атмосфери був зафіксований у вигляді органічної речовини, з якої в минулі геологічні епохи йшло формування покладів кам’яного вугілля, нафти і природного газу.

Рослинність землі сформувала ґрунти. На планеті почав підтримуватись кругообіг хімічних елементів: кисню, водню, вуглецю, азоту, фосфору, сірки, кальцію, магнію, міді, цинку та ін.

Хоча енергія існує в багатьох формах, для живих організмів придатна лише світлова сонячна та хімічна енергія.

Фотоавтотрофи (від гр. фотос–світло, трофе–живлення)–це організми, які синтезують усі необхідні їм органічні речовини за рахунок енергії сонячного світла.

Хемоавтотрофи–це організми, які одержують енергію для своїх синтезів від окиснення хімічних сполук.

Гетеротрофи–це організми, які в процесі життєдіяльності використовують органічне джерело вуглецю.

Для них необхідна наявність готової органічної речовини як основного джерела вуглецю, а часто як субстрату для одержання енергії (хемоорганогетеротрофія). Прикладом такого живлення є організм людини, тварин та багатьох мікроорганізмів.

Отже, фотосинтез–єдиний процес у біосфері, який зумовлює збільшення вільної енергії біосфери за рахунок зовнішнього джерела–Сонця і забезпечує існування як рослин, так і всіх гетеротрофних організмів, у т. ч. й людини.

 

 

Фотосинтез–єдиний на Землі, унікальний процес у біосфері, завдяки якому за участі рослин здійснюється запасання сонячної енергії та перетворення простих неорганічних сполук на складні органічні.

Рослинний організм здатний не лише поглинати кванти сонячних променів, а й перетворювати та запасати їх надовго–від хвилин і годин до сотень мільйонів років (як при утворення корисних копалин–нафти, газу, кам’яного вугілля).

Дуже важливою є функція фотосинтезу як основи для одержання продовольства, кормів, технічної сировини. Зростання кількості населення планети неможливе без інтенсифікації процесів фотосинтезу. Від початку третього тисячоліття близько п’ятої частини харчового білка одержують із моря. В майбутньому велике значення надаватиметься використанню саме первинної продукції моря.

Встановлено, що енергетичний еквівалент щорічної фотосинтетичної продукції біомаси на Землі в 10 разів вищий за річні енергетичні потреби людства.

Вчені стверджують, що за оптимальних умов агрофітоценози зможуть забезпечити їжею більше ніж 10…12 млрд. чоловік–найнижчий імовірний рівень населення нашої планети.

У 1771р. вчений Дж. Прістлі першим відкрив явище фотосинтезу, а правильніше довів виділення рослиною кисню. Він показав, що миша не може вижити під ковпаком, повітря якого було спалене полум’ям свічки. Однак гілочка м’яти відновлювала повітря під ковпаком і тоді миша могла вижити.

Наступний дослід, проведений голландським лікарем Інгенхаузом довів, що фотосинтез проходить саме на світлі. Помістили гілочку елодеї під воду, прикрили її лійкою, а на шийку лійки