Biologia dla specjalizacji I (Polski)

Zidentyfikuj podstawowe składniki i etapy fotosyntezy

Procesy zachodzące we wszystkich organizmach – od bakterii po ludzi – wymagają energii. Aby uzyskać tę energię, wiele organizmów uzyskuje dostęp do zmagazynowanej energii, jedząc, to znaczy jedząc inne organizmy. Ale skąd pochodzi energia zgromadzona w żywności? Cała ta energia wywodzi się z fotosyntezy.

Fotosynteza jest niezbędna dla wszelkiego życia na Ziemi; zależą od niej zarówno rośliny, jak i zwierzęta. Jest to jedyny proces biologiczny, który może wychwycić energię pochodzącą z przestrzeni kosmicznej (światło słoneczne) i przekształcić ją w związki chemiczne (węglowodany), których każdy organizm wykorzystuje do napędzania metabolizmu. Krótko mówiąc, energia światła słonecznego jest wychwytywana i wykorzystywana do energetyzowania elektronów, które są następnie magazynowane w wiązaniach kowalencyjnych cząsteczek cukru. Jak długotrwałe i stabilne są te wiązania kowalencyjne? Energia wydobywana dzisiaj ze spalania węgla i produktów ropopochodnych stanowi energię słoneczną przechwyconą i zmagazynowaną w procesie fotosyntezy około 300 milionów lat temu.

Rośliny, glony i grupa bakterii zwana cyjanobakteriami to jedyne organizmy zdolne wykonanie fotosyntezy (ryc.1). Ponieważ używają światła do produkcji własnej żywności, nazywane są fotoautotrofami (dosłownie „samodżywkami wykorzystującymi światło”). Inne organizmy, takie jak zwierzęta, grzyby i większość innych bakterii, nazywane są heterotrofami („innymi żywicielami”), ponieważ muszą polegać na cukrach wytwarzanych przez organizmy fotosyntetyzujące dla swoich potrzeb energetycznych. Trzecia bardzo interesująca grupa bakterii syntetyzuje cukry nie przy użyciu energii światła słonecznego, ale poprzez pozyskiwanie energii z nieorganicznych związków chemicznych; stąd nazywane są chemoautotrofami.

Rysunek 2. Fotoautotrofy, w tym (a) rośliny, b) algi oraz c) cyjanobakterie syntetyzują swoje związki organiczne w procesie fotosyntezy, wykorzystując światło słoneczne jako źródło energii. Sinice i glony planktonowe mogą rosnąć na ogromnych obszarach wodnych, czasami całkowicie pokrywając ich powierzchnię. W (d) wentylacji głębinowej chemoautotrofy, takie jak te (e) bakterie termofilne, przechwytują energię ze związków nieorganicznych, aby wytworzyć związki organiczne. W ekosystemie otaczającym otwory wentylacyjne występuje różnorodny wachlarz zwierząt, takich jak robaki, skorupiaki i ośmiornice, które czerpią energię z bakterii. (źródło a: modyfikacja pracy Stevea Hillebranda, US Fish and Wildlife Service; źródło b: modyfikacja pracy przez „eutrofizację & niedotlenienie” / Flickr; źródło c: modyfikacja pracy przez NASA; kredyt d: University of Washington, NOAA; kredyt e: modyfikacja pracy Mark Amend, West Coast and Polar Regions Undersea Research Center, UAF, NOAA)

Rysunek 2. Energia zmagazynowana w cząsteczkach węglowodanów podczas fotosyntezy przechodzi przez łańcuch pokarmowy. Drapieżnik, który zjada te jelenie, otrzymuje część energii, która powstała w roślinności fotosyntetycznej, którą konsumował jelenie. (źródło: modyfikacja pracy Stevea VanRipera, US Fish and Wildlife Service)

Ważność fotosyntezy nie polega tylko na tym, że może ona wychwytywać energię słoneczną. Jaszczurka opalająca się w zimny dzień może wykorzystać energię słoneczną do ogrzania. Fotosynteza jest niezbędna, ponieważ ewoluowała jako sposób przechowywania energia promieniowania słonecznego (część „foto”) w postaci wysokoenergetycznych elektronów w wiązaniach węgiel-węgiel cząsteczek węglowodanów (część „synteza”). Węglowodany te są źródłem energii wykorzystywanym przez heterotrofy do napędzania syntezy ATP poprzez oddychanie. Dlatego fotosynteza zasila 99 procent ekosystemów Ziemi. Kiedy największy drapieżnik, taki jak wilk, poluje na jelenia (ryc. 2), wilk znajduje się na końcu ścieżki energii, która przechodzi od reakcji jądrowych na powierzchni słońca do światła, fotosyntezy i roślinności, na jelenie, a na końcu na wilka.

Czego nauczysz się robić

• Zidentyfikuj reagenty i produkty fotosyntezy
• Opisz widoczne i widma elektromagnetyczne światła w zastosowaniu do fotosyntezy
• Opisz reakcje zależne od światła, które zachodzą podczas fotosyntezy
• Zidentyfikuj niezależne od światła reakcje w fotosyntezie

Ćwiczenia edukacyjne

Ćwiczenia edukacyjne w tej sekcji obejmują:

• Omówienie fotosyntezy
• Widma światła
• Reakcje zależne od światła
• Reakcje niezależne od światła
• Fotosynteza
• Samokontrola: fotosynteza

Pomóż!

Ulepsz tę stronęDowiedz się więcej