専攻の生物学I (日本語)

光合成の基本的な構成要素とステップを特定する

細菌から人間まで、すべての生物のプロセスにはエネルギーが必要です。このエネルギーを得るために、多くの生物は、食べることによって、つまり他の生物を摂取することによって、蓄えられたエネルギーにアクセスします。しかし、食物に蓄えられたエネルギーはどこから発生するのでしょうか？このエネルギーはすべて光合成にまでさかのぼることができます。

光合成は地球上のすべての生命にとって不可欠です。植物も動物もそれに依存しています。これは、宇宙空間（太陽光）から発生するエネルギーを捕捉し、それをすべての生物が代謝を促進するために使用する化合物（炭水化物）に変換できる唯一の生物学的プロセスです。簡単に言えば、太陽光のエネルギーが捕捉され、電子にエネルギーを与えるために使用されます。電子は、糖分子の共有結合に保存されます。それらの共有結合はどのくらい持続し、安定していますか？石炭や石油製品の燃焼によって今日抽出されたエネルギーは、約3億年前に光合成によって捕捉され、蓄積された太陽光エネルギーを表しています。

植物、藻類、およびシアノバクテリアと呼ばれるバクテリアのグループだけが、光合成を実行します（図1）。彼らは光を使って自分の食物を作るので、光合成独立栄養生物（文字通り「光を使うセルフフィーダー」）と呼ばれます。動物、真菌、その他のほとんどの細菌などの他の生物は従属栄養生物（「他のフィーダー」）と呼ばれます。彼らはエネルギーの必要性のために光合成生物によって生成された糖に依存しなければならないからです。 3番目の非常に興味深いバクテリアのグループは、太陽光のエネルギーを使用するのではなく、無機化合物からエネルギーを抽出することによって糖を合成します。したがって、それらは化学合成独立栄養生物と呼ばれます。

図2.（a）植物を含む光合成独立栄養生物、 （b）藻類、および（c）シアノバクテリアは、太陽光をエネルギー源として光合成を介して有機化合物を合成します。シアノバクテリアと浮遊性藻類は、水中の広大な領域で成長し、時には完全に表面を覆うことがあります。 （d）深海ベントでは、これらの（e）好熱性細菌などの化学合成独立栄養菌が、無機化合物からエネルギーを捕捉して有機化合物を生成します。通気孔を取り巻く生態系には、バクテリアからエネルギーを引き出すチューブワーム、甲殻類、オクトピなど、さまざまな動物がいます。 （クレジットa：米国魚類野生生物局のSteve Hillebrandによる作業の変更、クレジットb：「富栄養化& hypoxia」/ Flickrによる作業の変更、クレジットc：による作業の変更NASA;クレジットd：ワシントン大学、NOAA;クレジットe：マークアメンド、西海岸および極地海底研究センター、UAF、NOAAによる作業の変更）

図2.光合成によって炭水化物分子に蓄えられたエネルギーはフードチェーンを通過します。これらの鹿を食べる捕食者は、発生したエネルギーの一部を受け取ります。鹿が消費した光合成植物の中で。（クレジット：米国魚類野生生物局のSteve VanRiperによる作業の変更）

光合成の重要性は、太陽光のエネルギーを取り込むことができるということだけではありません。寒い日に日光浴をしているトカゲは、太陽のエネルギーを利用して暖まることができます。光合成は、貯蔵方法として進化したため、非常に重要です。炭水化物分子の炭素-炭素結合（「合成」部分）の高エネルギー電子としての太陽放射（「写真」部分）のエネルギー。これらの炭水化物は、従属栄養生物が呼吸を介してATPの合成を促進するために使用するエネルギー源です。したがって、光合成は地球の生態系の99パーセントに電力を供給します。オオカミなどの最高の捕食者が鹿を捕食するとき（図2）、オオカミは、太陽の表面での核反応から光、光合成、植物へと進むエネルギー経路の終わりにあります。鹿に、そして最後にオオカミに。

あなたがすることを学ぶ

• 光合成の反応物と生成物を特定する
• 目に見えるものと光合成に適用される光の電磁スペクトル
• 光合成中に起こる光依存反応を説明する
• 光合成における光非依存反応を特定する

学習活動

このセクションの学習活動には、次のものが含まれます。

• 光合成の概要
• 光のスペクトル
• 光依存反応
• 光非依存反応
• 光合成
• セルフチェック：光合成

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