Экосистема - основное понятие экологии. Это совокупность сосуществующих видов растений, животных, грибов, микроорганизмов, взаимодействующих между собой и с окружающей их средой обитания таким образом, что такое сообщество может сохраняться и функционировать на протяжении длительного периода геологического времени. Сообщества взаимодействующих живых организмов представляют собой не случайный набор видов, а вполне определенную систему, достаточно устойчивую, связанную многочисленными внутренними связями, с относительно постоянной структурой и взаимообусловленным набором видов. Такие системы принято называть биотическими сообществами, или биоценозами (от лат. - "биологическое сообщество"), а системы, включающие совокупность живых организмов и среду их обитания, - экосистемами. Термин "биогеоценоз", также обозначает совокупность биологического сообщества и среды его обитания, но в несколько ином контексте. Биотическое сообщество состоит из сообщества растений, сообщества животных, сообщества микроорганизмов. Все организмы Земли и среда их обитания также представляют собой экосистему высшего ранга - биосферу. Биосфера также обладает устойчивостью и другими свойствами экосистемы.

Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов

2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняет устойчивость в течение длительного времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, пещера, лес, пустыня, тундра, океан, биосфера. Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в состав более сложно организованных. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Таким образом, устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому одним из условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне (рис.1).

Рис. 1 - Суммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме

Но, тем не менее, основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями. Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем (рис. 2).

Рис. 2- Цепи питания в африканской саванне

Рис. 3 - Сети питания в экологической системе

Существуют два основных типа пищевых цепей - пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер ->кролик -> волк; фитопланктон (водоросли) -> зоопланктон (простейшие) ->плотва -> щука -> скопа.

Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных - детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям - хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка -> дождевой червь -> черный дрозд-> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.

Экологические пирамиды. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов - биомассой - на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10-15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды (рис.4).

Рис. 4 - Упрощенная экологическая пирамида

Различают три способа составления экологических пирамид:

1.Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинных соотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консументов могут питаться органами одного дерева - продуцента.

2. Пирамида биомасс показывает количество живого вещества, или биомассы, на каждом трофическом уровне. В большинстве наземных экосистем биомасса продуцентов, т. е. суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого последующего трофического уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии в цепи питания. На форму этой пирамиды не влияют размеры особей, и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основанием внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики. Поэтому пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии - динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3-5 звеньев (трофических уровней).

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение, поскольку продукция природных и искусственных сообществ является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.

>> Метаболизм

Метаболизм

1. Что такое ферменты?
2. Какова их роль в организме?

Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комбинату. Для нормального протекания этих химических процессов необходим постоянный обмен веществами между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке.

Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Общие вопросы биоэнергетики

1. Источники энергии для живых организмов

Первоначальным источником энергии для живых организмов служит энергия солнечного света. Фототрофы - растения и фотосинтезирующие микроорганизмы - непосредственно используют световую энергию для синтеза сложных органических веществ (жиров, белков, углеводов и др.), являющихся вторичными источниками энергии. Гетеротрофы, к которым относятся животные, используют химическую энергию, выделяющуюся при окислении органических веществ, синтезированных растениями.

Биоэнергетические процессы можно разделить на процессы производства и аккумуляции энергии и процессы, в которых за счет запасенной энергии выполняется полезная работа (Рис.1.1). Фотосинтез - основной биоэнергетический процесс на Земле. Это сложная многоступенчатая система фотофизических, фотохимических и темновых биохимических процессов, в которых энергия солнечного света трансформируется в химическую или электрохимическую формы энергии. В первом случае это энергия, заключенная в сложных органических молекулах, а во втором - энергия градиента протонов на мембранах, которая также преобразуется в химическую форму. В фотосинтезирующих организмах кванты солнечного света поглощаются молекулами хлорофилла и переводят их электроны в возбужденное состояние с повышенной энергией. Именно за счет энергии возбужденных электронов в молекулах хлорофилла фотосинтетическая система фототрофов из простых молекул углекислого газа и воды синтезирует глюкозу и другие органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и т.д.), из которых впоследствии в организме строятся углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Продуктом этих реакций также является молекулярный кислород.

Суммарное уравнение основных реакций фотосинтеза:

6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6 O 2 ,

где hн - энергия фотонов.

Глобальная роль фотосинтеза исключительно велика. Мощность солнечного излучения порядка 10 26 Вт. Из нее до поверхности Земли доходит около 2 10 17 Вт, а из этой величины примерно 4 10 13 Вт используется фотосинтезирующими организмами для синтеза органических веществ (Самойлов, 2004). Эта энергия поддерживает жизнь на Земле. За счет нее синтезируется около 7,510 10 тонн биомассы в год (в расчете на углерод). При этом порядка 4 10 10 тонн углерода фиксируется фитопланктоном в океане и 3,510 10 тонн - растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами на суше.

Человечество потребляет продукты фотосинтеза в виде пищи, съедая органические вещества, первично произведенные растениями или вторично произведенные животными, поедающими растения, и в виде топлива, в качестве которого на 90 % используются ранее запасенные продукты фотосинтеза - нефть и уголь (остальную энергию дают атомные и гидроэлектростанции).

Извлечение энергии, накопленной фототрофными организмами, и ее последующее использование осуществляется в процессах питания и дыхания. При прохождении по пищеварительному тракту пища размельчается, клетки разрушаются и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы) расщепляются на низкомолекулярные мономеры (аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и сахара), которые в кишечнике всасываются в кровь и транспортируются по всему организму. Из них клетки извлекают атомы водорода, несущие высокоэнергетические электроны, энергию которых удается частично запасать в виде молекул аденозинтрифосфата (adenosine triphosphate, ATP). ATP - универсальный источник энергии, используемый как батарейка, там и тогда, где и когда необходимо выполнить полезную работу.

Общая схема биоэнергетических процессов представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1. Общая схема преобразования энергии в биосистемах. P i - неорганический фосфат, НРО 4 2- ; е * - возбужденный электрон.

2. Основные энерготраты клеток и организмов

В клетках полученная энергия трансформируется, аккумулируется и используется для выполнения различных видов работы:

Механической (движение клеток и внутриклеточных частиц);

Химической (синтез новых низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений);

Осмотической (перенос молекул через мембраны, создающий градиенты их концентраций);

Электрохимической (перенос ионов против градиента концентрации и градиента электрического потенциала; при этом генерируются биопотенциалы);

Электрической (создание разности электрических потенциалов);

Оптической (высвечивание фотонов - биолюминесценция).

Энерготраты организма зависят от множества факторов: мышечной работы, приема пищи, эмоционального напряжения, необходимости в терморегуляции, реакций на изменение окружающей среды и т.д. Для того, чтобы оценить минимальные собственные энергетические траты организма, исключая влияние внешних факторов, физиологи вводят понятие «основного обмена». Это энерготраты, измеренные в 5-6 часов утра, когда в соответствии с суточным ритмом интенсивность метаболизма наиболее низкая, в состоянии бодрствования, натощак. Человек при этом лежит в постели. Из его рациона за два дня до этого исключается белковая пища. При этом в помещении поддерживается температура 20-22 о С и относительная влажность 50-60 %. Классический метод определения энерготрат организма - прямая калориметрия. Но калориметр для таких крупных объектов, как человек - весьма сложная и объемная установка. Чаще пользуются непрямым методом, основанном на линейной зависимости энерготрат организма от объема потребленного кислорода.

Основной обмен здорового мужчины средних лет порядка 1,0-1,2 ккал/кг час. При массе тела 70 кг это 1800 ккал в сутки, что соответствует мощности 90 Вт. У женщин основной обмен на 7-10 % ниже. С возрастом основной обмен понижается. При физической нагрузке энерготраты повышаются и могут в 15 раз превышать величину основного обмена, измеренного в состоянии покоя.

Из 1800 ккал/сут основного обмена примерно половина (900 ккал/сут) превращается в тепловую энергию и отдается организмом во внешнюю среду путем излучения, испарения жидкости, теплопроводности и конвекции. Остальная половина идет на выполнение полезной работы по синтезу биомолекул (? 415 ккал/сут), транспорту веществ через мембраны (?215 ккал/сут) и мышечному сокращению (? 270 ккал/сут).

Из этих процессов отметим большую энергоемкость биосинтетических процессов (~ 23 % от основного обмена). Так, энергетические траты по синтезу разных белков оцениваются в пределах 3 000 - 50 000 ккал/моль. Например, для синтеза одной белковой молекулы с молекулярной массой 40 кДа необходимо порядка 10 3 молекул ATP, а для синтеза молекулы ДНК -10 8 молекул ATP. Клеточные белки интенсивно обновляются. Так, у человека массой 70 кг за сутки обновляется примерно 2,5 кг белков, в том числе обновление белков стромы клеток составляет 1 %, а ферментов - 10 % в час. Поэтому суммарные энерготраты на биосинтез белков значительно превышают расходы на синтез других веществ. Единственное исключение - ATP: за сутки организм взрослого человека синтезирует количество ATP, примерно равное массе его тела.

Значительная энергия (~ 12 % от основного обмена) тратится клетками на транспорт веществ: ионов, низкомолекулярных метаболитов и макромолекул в клетку и из клетки, между цитозолем и органеллами или между разными участками внутри клетки. За счет этих процессов генерируются биопотенциалы и создаются концентрационные градиенты, являющиеся движущей силой многих процессов переноса.

биоэнергетический клетка организм гиббс

3. Свободная энергия биохимических реакций

Только часть внутренней энергии системы может использоваться для выполнения полезной работы. Она называется свободной энергией. Остальная часть рассеивается в виде тепла. Для характеристики свободной энергии используется термодинамический потенциал Гиббса:

G = H - TS = U + PV - TS ,

где H = U + PV - энтальпия, U - внутренняя энергия, P - давление, V - объем системы, T - температура, S - энтропия. Величина TS - диссипирующая часть внутренней энергии, необратимо рассеивающаяся в среде.

Изменение G :

В биологических процессах, проходящих при постоянных температурах и давлениях с незначительным изменением объема (если только в реакции не выделяются газы):

где F - свободная энергии Гельмгольца:

F = U - TS .

Критерием вероятности самопроизвольного превращения в системе является изменение свободной энергии: система переходит в равновесное состояние с наименьшей свободной энергией, т.е. или.

Для растворенного вещества Х с концентрацией [ X ] величину ДG можно представить в виде суммы двух членов -зависящего и не зависящего от концентрации:

ДG = ДG o + RT ln[X],

где R - универсальная газовая постоянная (R ? 2 кал/мольград). Величина стандартного термодинамического потенциала ДG o характеризует данное вещество. Она равна термодинамическому потенциалу этого вещества в стандартных условиях: [ X ] = 1 моль/л; T = 25 o C. В состоянии равновесия (ДG = 0). Тогда:

ДG o = - RT ln [ X ].

Если взаимодействуют x молекул вещества X, то:

ДG o = - xRT ln [ X ].

Рассмотрим изменение свободной энергии в химической реакции:

где a , b , c и d - стехиометрические коэффициенты или количества молекул каждого вида, участвующих в элементарной реакции. Константа равновесия К данной реакции:

а термодинамический потенциал:

где [A ], [B ]… - равновесные концентрации. Стандартный термодинамический потенциал этой реакции равен термодинамическому потенциалу реакции в состоянии равновесия при концентрациях исходных и конечных продуктов реакции, равных 1 М. Отсюда следуют два способа определения стандартных свободных энергий химической реакции: их можно вычислить исходя из табличных значений стандартных свободных энергий (термодинамических потенциалов) субстратов и продуктов реакции:

или определить аналитически, измерив равновесные концентрации и рассчитав К. Поскольку в равновесии: , то:

4. Окислительно-восстановительные потенциалы

Основная часть свободной энергии заключенной в органических молекулах, составляющих продукты питания, выделяется на заключительных этапах процесса биологического окисления, на которых электроны переносятся на кислород. Этот процесс устроен так, что электроны переносятся ступенчато по цепи из нескольких молекул-переносчиков электронов, и на некоторых этапах этого процесса энергия запасается в молекулах АТР. Процессы переноса электронов называются окислительно-восстановительными. Молекула, отдавшая электрон оказывается в окисленном состоянии, а принявшая электрон - в восстановленном. Соответственно, процесс отдачи электрона называют окислением, а принятия - восстановлением данного вещества. Доноры электронов - восстановители, а акцепторы электронов - окислители, так как они восстанавливают или окисляют данное вещество. Они всегда функционируют как сопряженные окислительно-восстановительные пары. Их называют редокс-парами (от английского red uction - восстановление и ox idation - окисление). Например, в реакции:

Fe 2+ - e - + Fe 3+

Fe 2+ является донором электронов, т.е. восстановителем, а Fe 3+ - акцептором электронов, т.е. окислителем. Вместе они представляют собой редокс-пару.

Для характеристики окислительно-восстановительных реакций используют понятие стандартного окислительно-восстановительного потенциала, являющегося мерой электрон-движущей силы. Его определяют в стандартных условиях (концентрации веществ 1 М, 25 о С, рН 7,0) относительно стандартного полуэлемента с известной э.д.с. В качестве такого стандарта берут водородный полуэлемент, в котором происходит реакция:

Н 2 - 2 Н + + 2 е -

Для осуществления этой реакции в воду опускают платиновую пластинку, омываемую потоком газообразного водорода Н 2 при давлении 1 атм, 25 о С, и концентрации Н + , равной 1,0 М (это соответствует рН=0). Потенциал такого полуэлемента, называемого водородным электродом, принимают равным нулю. Он называется полуэлементом, т.к. эта реакция может быть сопряжена с другой окислительно-восстановительной реакцией, также образующей полуэлемент, в котором происходит окислительно-восстановительная реакция, например,

Fe 2+ - e - + Fe 3+ .

Если соединить проводником (солевым мостиком) водородную и исследуемую полуячейки (полуэлементы), то между ними пойдет электронный ток (рис. 1.2), и в равновесии установится некоторая разность потенциалов. Это и будет. Она может быть положительной или отрицательной в зависимости от направления тока, т.е. в зависимости от сродства данного вещества к электронам по сравнению с Н 2 .

Рис.1.2. Измерение стандартного окислительно-восстановительного потенциала

Например, сильный окислитель О 2 имеет положительный окислительно-восстановительный потенциал, а сильный восстановитель NADH - отрицательный. Зная величину, можно найти соответствующую величину стандартной свободной энергии по формуле:

где n - число переносимых электронов, а F = 23 ккал/(моль*В) = 96500 кДж/(моль*В) - число Фарадея.

Литература

1. Волькенштейн М.В. Общая биофизика, М. Наука, Физматлит, 1978.

2. Рубин А.Б. Биофизика, т. 2. М., Изд. МГУ, 2000, 2004.

3. Самойлов В.О. Медицинская биофизика. Санк-Петербург, Спецлит, 2004

4. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М. Наука, 1989.

5. Alberts B. et al. Molecular Cell Biology. 4-th edition. Garland Science. New York, 2002.

6. Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry, Fourth Edition, W.H. Freeman & Company; 2005.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Стандартные свободные энергии химических реакций, их вычисление. Измерение стандартного окислительно-восстановительного потенциала. Структура отдельной митохондодрии. Энергии ковалентных связей. Первый этап разложения глюкозы в клетках - гликолиз.

реферат , добавлен 06.09.2015


Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.

реферат , добавлен 14.05.2011


Анализ места света в жизни организмов, в том числе и в процессе фотосинтеза. Оценка экологических пределов выносливости организмов. Энергия солнца как практически единственный источник энергии для всех живых организмов. Сущность и значение видимого света.

презентация , добавлен 26.11.2010


Клеточные и неклеточные формы живых организмов, их основные отличия. Животные и растительные ткани. Биоценоз - живые организмы, имеющие общее место обитания. Биосфера Земли и ее оболочки. Таксон - группа организмов, объединенных определенными признаками.

презентация , добавлен 01.07.2011


Ритмичность всех процессов живых организмов и надорганизменнных систем, подчинение периодическим ритмам, отражающим реакции биосистем на ритмы природы и всей Вселенной. Синхронизация биохимических процессов в организме, классификация и природа биоритмов.

реферат , добавлен 23.05.2010


Биотехнология как совокупность методов использования живых организмов и биологических продуктов в производственной сфере. Клонирование как бесполое размножение клеток растений и животных. Использование микроорганизмов для получения энергии из биомассы.

реферат , добавлен 30.11.2009


Первая классификация живых организмов, предложенная Карлом Линнеем. Три этапа Великих биологических объединений. Концепция эволюции органического мира Жан-Батиста Ламарка. Основные предпосылки возникновения теории Дарвина. Понятие естественного отбора.

реферат , добавлен 06.09.2013


Онтогенез как процесс формирования организмов с момента образования половых клеток и оплодотворения или отдельных групп клеток до завершения жизни. Исторические предпосылки и этапы развития эмбриологии как науки. Развитие одноклеточных организмов.

контрольная работа , добавлен 08.05.2011


Наука о клетках - структурных и функциональных единицах почти всех живых организмов. Создание клеточной теории. Открытие протоплазмы, основные свойства живых клеток. Развитие новых методов в цитологии. Законы генетической непрерывности и наследственности.

реферат , добавлен 04.06.2010


Способность размножаться как одна из основных способностей живых организмов, ее роль в жизнедеятельности, выживании организмов. Типы размножения, их характеристика, особенности. Преимущества полового размножения перед бесполым. Этапы развития организмов.

Вопрос 1. Что такое ассимиляция?

Ассимиляция, или пластический обмен, - это совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах. Ассимиляция всегда сопровождается поглощением энергии, источником которой могут являться молекулы АТФ (например, в ходе биосинтеза белка) или солнечный свет (в случае фотосинтеза). Кроме энергии для осуществления процессов ассимиляции нужен материал, из которого организм сможет образовывать необходимые ему органические соединения. Для автотрофов это углекислый газ (CO2), вода, минеральные соли. Гетеротрофам нужны готовые органические соединения. В их числе так называемые незаменимые вещества: молекулы, которые гетеротрофы самостоятельно синтезировать не могут и должны получать с пищей. В случае человека это витамины, жирные кислоты с большим количеством двойных связей, многие аминокислоты.

Вопрос 2. Опишите известные вам типы питания.

Существует три типа питания.

Автотрофное питание. Автотрофные организмы способны самостоятельно синтезировать необходимые органические соединения, используя в качестве источника углерода углекислый газ. Источником энергии при этом является солнечный свет или окисление неорганических соединений.

Гетеротрофное питание. Гетеротрофные организмы в качестве источника углерода и в качестве источника энергии используют готовые органические вещества.

Вопрос 3. Какие организмы называют автотрофными?

Как указано в предыдущем ответе, автотрофными называют организмы, способные синтезировать органические вещества за счет энергии солнечного света или энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединений. При этом источником углерода является углекислый газ. К организмам, использующим энергию солнечного света, относятся растения, цианобактерии и некоторые бактерии. Все они объединены в группу фотосинтетиков. Растения и цианобактериии (сине - зеленые водоросли) осуществляют фотосинтез с выделением кислорода; бактерии - без выделения кислорода. Автотрофов, использующих для получения энергии окисление неорганических веществ, называют хемосинтетиками. К ним относят несколько древних групп прокариот: серобактерии (окисляют сероводород до серы), железобактерии (окисляют Fe2+ до Fe3+) и др.

Вопрос 4. Почему у зеленых растений в результате фотосинтеза выделяется в атмосферу свободный кислород?

Если вода находится в жидком состоянии, то небольшая часть ее молекул обязательно распадается на ионы Н+ и ОН. Во время световой фазы фотосинтеза часть избыточной энергии хлорофилла тратится на превращение ионов Н+ в атомы водорода. Оставшиеся без своей "пары" ионы ОН отдают электроны хлорофиллу, превращаясь в свободные радикалы ОН. Радикалы активно взаимодействуют между собой, образуя воду и молекулярный кислород: 40Н -> 2Н2О + О2.

Таким образом, выделение в атмосферу свободного кислорода происходит в ходе световой фазы фотосинтеза. Источником кислорода являются молекулы Н20, в связи с чем описанный процесс называют еще фотолизом воды (разложением воды под действием света). Кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Однако в ходе эволюции живые организмы быстро научились использовать его для дыхания, т. е. для более полного окисления органических веществ.

Вопрос 5. Каковы признаки гетеротрофного типа питания? Приведите примеры гетеротрофных организмов.

При гетеротрофном типе питания в качестве источника углерода и источника энергии организмы используют готовые органические соединения. Следовательно, гетеротрофные организмы полностью зависят от автотрофных, которые служат для них поставщиками органических веществ - прямыми (в случае травоядных) либо опосредованными (в случае, например, хищников). Гетеротрофные организмы - это все животные, грибы, большинство бактерий.

Вопрос 6. Как вы думаете, почему все живое на Земле можно назвать "детьми Солнца"?

Основным процессом, обеспечивающим появление на Земле органических веществ, является фотосинтез. Источником же энергии для фотосинтеза является солнечный свет. Почти все живые организмы используют энергию солнечного света, одни напрямую, запасая ее в виде органических соединений (фотосинтетики-автотрофы), другие опосредованно через использование готовых органических соединений, созданных растениями (гетеротрофы). Исключение составляет лишь уникальная группа бактерий-хемосинтетиков.

Как скачать бесплатное сочинение? . И ссылка на это сочинение; Пластический обмен. Фотосинтез уже в твоих закладках.

Дополнительные сочинения по данной теме

Вопрос 1. На какие эры делится история Земли? В истории Земли выделяют следующие эры, названия которых имеют греческое происхождение: катархей (ниже древнейшего), архей (древнейший), протерозой (первичная жизнь), палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь), кайнозой (новая жизнь). Вопрос 2. Как деятельность живых организмов повлияла на изменение состава атмосферы планеты? В состав древней атмосферы входили метан, аммиак, углекислый газ, водород, пары воды и другие неорганические соединения. В результате жизнедеятельности первых организмов в атмосфере начало снижаться
Вопрос 1. За счет чего получают энергию автотрофы? Автотрофами называют организмы, способные создавать все необходимые им органические соединения. Энергию для синтеза органических соединений автотрофы получают за счет солнечного света (фотоавтотрофы) или за счет химических превращений минеральных веществ (хемотрофы). Гетеротрофами называются живые организмы, неспособные к самостоятельному синтезу нужных органических соединений и использующие для питания белки, жиры и углеводы, произведенные другими видами. При окислении органических веществ в клетках гетеротрофов выделяется энергия, которая используется ими
Вопрос 1. Почему Солнце - главнейший источник энергии на Земле? Для синтеза органических веществ всем организмам необходима энергия. Основным источником первичных органических соединений на планете являются растения. Растения используют для их синтеза энергию Солнца. Другие живые существа обеспечиваются питанием, а следовательно, и энергией за счет веществ, полученных растениями. Таким образом, именно Солнце является главным источником энергии. Вопрос 2. Почему ассимиляция невозможна без диссимиляции, и наоборот? Процесс ассимиляции характеризуется образованием новых, необходимых клетке соединений.
Вопрос 1. В чем состоят отличия между понятиями "условия" и "ресурсы"? Ресурсами называют вещества и энергию, вовлекаемые организмами в процессы их жизнедеятельности. Ресурс (в отличие от условий) может расходоваться и исчерпываться. При этом один и тот же фактор, например солнечное излучение или влажность, может рассматриваться и как условие, и как ресурс. Вопрос 2. Перечислите известные вам виды ресурсов животных и растений. Среди важнейших ресурсов животных и растений следует назвать энергетические и пищевые. Эти
Вопрос 1. Почему можно говорить о взаимосвязи развития органического мира и эволюции биосферы? Биосфера - не только сфера распространения жизни, но и результат ее деятельности. Начиная с момента зарождения, жизнь постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, изменяя ее. Таким образом, эволюция биосферы протекает параллельно с историческим развитием органической жизни. Вопрос 2. Какие процессы были характерны для раннего этапа эволюции биосферы? Сначала живые организмы использовали органические соединения первичного океана, запасы которого
Вопрос 1. О чем говорит длина цепи питания? Цепь питания обычно не может состоять более чем из 4-6 звеньев, включая организмы, потребляющие трупы животных, что объясняется потерей энергии на каждом ее уровне (в каждом звене). Длина цепи питания говорит об эффективности использования энергии в ее звеньях (чем полнее используется энергия, тем длиннее цепь). Вопрос 2. Почему численность (число видов) консументов в цепи питания сокращается? В цепи питания каждое последующее звено теряет часть органического
Вопрос 1. Сколько глюкозы, синтезируемой в процессе фотосинтеза, приходится на каждого из 4 млрд жителей Земли в год? Если учесть, что за год вся растительность планеты производит около 130 ООО млн т сахаров, то на одного жителя Земли (при условии, что население Земли составляет 4 млрд жителей) их приходится 32,5 млн т. Вопрос 2. Откуда берется кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза? Кислород, поступающий в атмосферу в процессе фотосинтеза, образуется из воды в результате

10. ОРГАНИЗМ КАК ДИСКРЕТНАЯ САМОВОСПРОИЗВОДЯЩАЯСЯ ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА. РАЗНООБРАЗИЕ ОРГАНИЗМОВ. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОРГАНИЗМОВ

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой дискретные самовоспроизводящиеся открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности.
Дискретность является всеобщим свойством материи вообще. Любая, в том числе биологическая, система состоит из отдельных, но тем не менее взаимодействующих частей, которые образуют структурно-функциональное единство. Живое существо, организм существует всегда дискретно, т. е. в форме обособленных друг от друга тел; они характеризуются трехмерной структурой, которая специфична для каждого вида. Именно по характеру этой структуры можно отличить, например, льва от собаки.
Совершенно очевидно, что без активных связей со средой обитания (окружающей средой) в виде обмена веществ, получения энергии от источников и информации самовоспроизводства организмов не происходило бы вообще. Например, автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи, при этом гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул, составляющих компоненты пищи.
По сходству и родству живые организмы делят следующим образом. Разделяют неклеточные организмы и клеточные организмы. Доклеточные включают одно царство – вирусы. Клеточные включают два надцарства: прокариоты (или доядерные) и эукариоты (или ядерные). Первое включает одно царство – дробянки (три подцарства: бактерии, архебактерии и цианобактерии, или синезеленые водоросли). Второе объединяет три царства: животные (два подцарства: простейшие, или одноклеточные, и многоклеточные), растения (три подцарства: настоящие водоросли, багрянковые и высшие растения) и грибы (два подцарства: низшие грибы и высшие грибы).
Для большинства организмов, живущих на Земле, главный источник энергии – Солнце: видимые лучи – основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза; инфракрасные лучи – основной источник тепловой энергии, необходимой для многих организмов; ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам как источник энергии для стимуляции роста и развития клеток, для синтеза витамина D и т. д.
Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний – тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли и внутренний – тепло, выделяемое при обмене веществ в самом организме.
По источнику энергии живые организмы делятся на фототрофов и хемотрофов: фототрофы используют световую энергию (энергию солнечного излучения); хемотрофы – химическую энергию, которая выделяется при окислении химических соединений (внутри организма).

11. ФОТОСИНТЕЗ И ДЫХАНИЕ. ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗМЫ

Фотосинтез (фотоавтотрофия) – синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:
6СО 2 + 6Н 2 О – С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .
Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ (аденозинтрифосфата).
В процессе фотосинтеза, кроме моносахаридов (глюкоза и др.), синтезируются мономеры других органических соединений – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Две фазы фотосинтеза. 1. На световой фазе поглощенная растением энергия Солнца претерпевает очень важные превращения. За ее счет строятся молекулы АТФ, восстанавливается НАДФ×Н 2 и разлагается вода с выделением молекулярного кислорода. И все это совершается ради темновой фазы.
2. За счет АТФ и НАДФ × Н 2 в темновой фазе из углекислого газа строятся различные органические вещества. Для того чтобы углекислый газ восстановился до уровня органических веществ, необходимы и энергия, и восстановитель. В качестве восстановителя – НАДФ × Н 2 . Причем НАДФ – это сложное вещество – выполняет лишь роль надежного переносчика водорода. А водород зеленые растения приспособились отнимать у одного из самых простых и самых распространенных веществ на Земле – воды.
Дыхание (полное окисление), заключающееся в окислении ПВК (пировиноградной кислоты) до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода. Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:
С 6 Н 12 О 6 +6О 2 +38Н 3 РО 4 +38АДФ→6СО 2 +44Н 2 О + 38АТФ.
В ходе клеточного дыхания образуются 36 молекул АТФ и плюс 2 молекулы АТФ – в ходе гликолиза, а в целом при полном окислении – 38 молекул АТФ.
Фотосинтезирующие организмы – планктонные цианобактерии, или водоросли синезеленые, – относятся к клеточным формам, царству Прокариотические водоросли, отделу этого царства – Синезеленые водоросли, или Цианеи. Преобладали на Земле в древнейшую архейскую эру в морях. В ту же эпоху в морях существовали и зеленые водоросли. И те и другие – настоящие фотосинтетики. Упомянутые водоросли господствовали в древних морях Земли, в течение нескольких миллионов лет поглощая углекислый газ (диоксид углерода) и выделяя кислород. Таким образом, они подготовили аэробную среду – кислородную атмосферу – для высших растений на суше.
Зеленые водоросли ученые биологи относят к отделу Прохлорофитовые водоросли, или Прохлорофиты.
Синезеленые и зеленые водоросли сыграли большую роль в эволюции растительного мира на Земле, послужив основой для возникновения настоящих фотосинтетиков. Высшие растения на суше относятся к группе клеточных, надцарства Эукариоты, входят в царство Растения, конкретно – в подцарство Высшие растения. Развитие высших растений – настоящих фотосинтетиков – создало условия для возникновения и развития животного мира и homo sapiens – человека разумного.

12. ХЕМОСИНТЕЗ, ЖИЗНЬ В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

Хемосинтез (хемоавтотрофия) – процесс синтеза органических соединений из неорганических (СО 2 и др.) за счет химической энергии окисления неорганических веществ (серы, водорода, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.).
К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: нитрифицирующие, водородные, железобактерии, серобактерии и др. Они окисляют соединения азота, железа, серы и других элементов. Все хемосинтетики являются облигатными аэробами, так как используют кислород воздуха:
нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота:
N -3 H 3 → (N +3 O 2) - → (N +5 0 3) - ;
железобактерии превращают закисное железо в окисное:
Fe +2 → Fe +3 ;
серобактерии окисляют соединения серы:
H 2 S -2 → S 0 → (S +4 0 3) 2- → (S +6 0 4) 2- ;
водородные бактерии окисляют свободный водород до воды:
Н 2 0 → Н 2 +1 О.
Высвобождающаяся в ходе реакции окисления энергия запасается бактериями в виде молекул АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы.
Если поместить синезеленые и зеленые водоросли в анаэробные условия, например в атмосферу, содержащую сероводород или молекулярный водород, то усвоение углекислого газа атмосферы на свету пойдет у них без выделения кислорода, т. е. по пути бактериального фотосинтеза. Это говорит о том, что бактериальный фотосинтез – первобытная форма питания растений за счет энергии солнечного света.
В водоемах, содержащих сероводород, живут бесцветные серобактерии. Энергию (Е), которая необходима для синтеза органических соединений из диоксида углерода, они получают в результате окисления сероводорода:
2H 2 S + O 2 → 2H 2 O + 2S + E.
Свободная сера, выделяющаяся в результате этого процесса, накапливается в клетках бактерий. Если сероводорода впоследствии не хватает, бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление содержащейся в них свободной серы до серной кислоты:
2S + 3O 2 + 2H 2 O → 2H 2 SO 4 + Е.
Выделяющаяся энергия также используется для осуществления синтеза органического вещества из диоксида углерода.

13. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ГЕТЕРОТРОФОВ. ТРОФИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ОРГАНИЗМАМИ

14. ГОМЕОСТАЗ. ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ ЖИЗНЕННЫХ ФУНКЦИЙ. ВОЗМОЖНОСТИ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ К ИЗМЕНЕНИЯМ УСЛОВИЙ СРЕДЫ. ТОЛЕРАНТНОСТЬ И РЕЗИСТЕНТНОСТЬ

Для нормального функционирования живого организма в меняющихся условиях окружающей среды необходимо внутреннее регулирование – саморегуляция различных процессов, полное подчинение их единому порядку поддержания постоянства внутренней среды – гомеостазу. В основе механизма саморегуляции лежит принцип обратной связи, в соответствии с которым сигналом для включения того или иного регулируемого процесса может быть изменение состояния какой-либо системы, например изменение температуры, концентрации веществ и т. д.
У живых организмов различают три механизма терморегуляции: 1) химическая терморегуляция – осуществляется путем изменения теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена веществ; 2) физическая терморегуляция – связана с изменением величины теплоотдачи; 3) этологическая (или поведенческая) терморегуляция – заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами (воздуха, воды).
Адаптация – это различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи, обеспечивающих возможность ее существования, и развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.
Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды:
1) активный – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума; 2) пассивный – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т. д.); 3) избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий (например, сезонные миграции животных, птиц).
Из практики известно, что сам факт существования организма может определяться не минимальным значением, а наоборот, избытком любого из факторов. Впервые мысль об этом высказал американский ученый В. Шелфорд (1913); она легла в основу закона толерантности: фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Смысл закона толерантности очевиден: все хорошо в меру.
Выносливость организмов к воздействиям в диапазоне между экологическими минимумами и максимумами называют пределом толерантности вида.
Важным свойством организмов является резистентность – избирательность, которая близка по смыслу к адаптации организмов в отношении окружающей среды, среды обитания.

15. УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМОВ. ВОДНАЯ, ПОЧВЕННАЯ И ВОЗДУШНАЯ СРЕДЫ

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента