Животные как и растения 1 поглощают углекислый газ а выделяют кислород
Обновлено: 05.10.2024
Многие из нас хотя бы раз задумывались, в чем ключевое отличие растений от животных. Другим, наоборот, все кажется предельно понятным.
Вот что приходит в голову в первую очередь:
Однако ключевое отличие животных от растений заключается в способе питания, и как следствие в их роли в пищевой цепи.
По порядку рассчитайся
Растения — продуценты (1) , то есть организмы, способные производить органические вещества из неорганических . Это первичные производители питательных веществ. Также их еще называют автотрофами. Они получают из внешней среды одни лишь неорганические вещества: воду, минеральные соли и углекислый газ, после чего самостоятельно синтезируют питательные вещества. Тем самым растения являются первым звеном пищевой цепи . Синтез необходимых для жизнедеятельности веществ происходит в процессе фотосинтеза. И осуществляется за счет энергии Солнца.
А вот животные — консументы (2). Они не способны синтезировать органические вещества из неорганических . Так же их называют гетеротрофами. Для синтеза веществ необходимых для жизнедеятельности гетеротрофам требуются готовые органические вещества, произведённые автотрофами (продуцентами). Поэтому животные и питаются растениями или другими животными.
Третьим будешь?
Но если так, то растения рано или поздно из всех неорганических веществ синтезируют органические? Нет того не произойдет. В этой замкнутой, закольцованной пищевой цепочке, есть организмы, которые превращают органику в неорганические вещества, разлагают органические вещества до неорганических.
Это редуценты (3). От латинского reduco — возвращаю, восстанавливаю. Эти организмы, прежде всего бактерии и грибы, разрушают отмершие останки животных и растений, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения.
Однако, на земле не всегда было так. В прошлом, в природе был период, когда для отжившей свое органики не хватило редуцентов. Этому периоду геологической истории планеты мы обязаны появлением газа и нефти. По сути законсервированной на миллионы лет в химических связях солнечной энергии.
Не без исключения
Бывают, конечно, и исключения. Растения-паразиты, такие как, например заразиха или раффлезия полностью лишены хлорофилла и питательные вещества получают от растения-хозяина прорастая в его тело. При этом у раффлезии в виду ненадобности отсутствуют как стебли, так и листья.
А вот широко известна венерина мухоловка хоть и относится к растениям, но способна ловить и переваривать насекомых, дополняя своё нормальное автотрофное питание (фотосинтез) одной из форм гетеротрофного.
Процессы дыхания в тканях листа протекают постоянно – как днём, так и ночью. В противоположность дыханию световая фаза фотосинтеза, во время которой происходит выделение кислорода, протекает, как правило, только днём, на свету. Эти процессы связаны с газообменом, который регулируется работой устьиц. При фотосинтезе из внешних неорганических веществ (углекислого газа и воды) создаются органические вещества, при этом поглощается энергия света и выделяется кислород. В процессе дыхания, наоборот, органические вещества расходуются, запасается энергия, которая необходима для жизнедеятельности, поглощается кислород, а выделяются углекислый газ и вода. Газовый баланс растения можно представить так: растения поглощают больше углекислого газа, чем выделяют, и выделяют больше кислорода, чем потребляют.
NB! Растения не дышат углекислым газом, они используют углекислый газ для фотосинтеза. Растения дышат кислородом. Они вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ.
Животные, точно также как и растения дышат кислородом. Однако, в отличие от растений, животные не способны к фотосинтезу, то есть они неспособны выделять кислород. Таким образом, животные потребляют кислород, а выделяют углекислый газ.
Наглядной демонстрацией описанных фактов, являются опыты, проведённые английским учёным Джозефом Пристли в 1771. Суть опыта заключалась в следующем: двух мышей помещали под колпаки, но под один из колпаков также помещали растение. Та мышь, которая была под колпаком без растения, погибала, тогда как мышь в колпаке с растением оставалась жить. Растение вырабатывает кислород в результате фотосинтеза, который необходим мыши для дыхания.
Это полезно
Узнаете, чем отличаются официально-деловой, публицистический, научный, художественный и разговорный стили.
Все живые организмы дышат. В процессе дыхания осуществляется распад более сложных органических веществ на более простые и неорганические. Смысл дыхания в том, что в результате происходит выделение и запасание энергии, которая необходима для различных процессов жизнедеятельности.
Подавляющее число организмов для окисления органических веществ используют кислород, который берут из воздуха. Одним из конечных продуктов дыхания является углекислый газ, который должен выводиться из организма в окружающую среду.
Таким образом, растения, также как и животные, дышат. А для этого они поглощают из воздуха кислород и выделяют в воздух углекислый газ. Однако у растений, в отличие от животных, есть процесс фотосинтеза, при котором газообмен обратный: растение поглощает из воздуха углекислый газ, а выделяет в него кислород. Поэтому заметить, что растения все-таки дышат можно лишь в темное время суток, когда фотосинтеза нет, либо протекает его темновая стадия.
При активном процессе фотосинтеза выделяется куда больше кислорода, чем его поглощается для дыхания. Поэтому суммарно в светлое время суток растение выделяет кислород и поглощает углекислый газ. Хотя при этом поглощение кислорода и выделение углекислого газа также происходят, т. е. осуществляется процесс дыхания.
В темное время суток растения выделяют углекислый газ и поглощают кислород, т. е. газообмен осуществляется только для процесса дыхания.
У большинства сложно-устроенных животных для процесса дыхания существует специальная дыхательная система. Благодаря ей кровь насыщается кислородом и разносит его по клетками организма. Такие животные не дышат всей поверхностью тела, или такой способ является вспомогательным. Растения же поглощают кислород всей поверхностью тела, особенно листьями. У них нет специальной дыхательной системы, есть лишь межклетники облегчающие газообмен. Другими словами, клетки растений поглощают кислород прямо из воздуха.
Экологическая обстановка в мире давно уже перестала радовать земные экосистемы. Множество заводов, без которых человечеству просто не обойтись, выбрасывают ежегодно в атмосферу около 10 миллиардов тон углекислого газа. Многие относятся к этому скептически, утверждая, что количество диоксида углерода не меняется в экосистеме Земли.
На деле, проблема не столько в превышении количества CO2, сколько в нарушении обмена веществ в экосистеме Земли. До начала промышленной деятельности человека углекислый газ, при взаимодействии с водой выпадал в осадок в виде карбонатов, потом переходил в почву, откуда служил для многих растений и водорослей удобрениями. Но это процесс, растянутый на десятки и сотни лет. Человечество же использует запасы миллионов лет в сокращенные сроки, перерабатывая твердые формы углерода в виде нефти и угля. При сжигании этих ископаемых в механизмах и на заводах происходит выброс диоксида углерода в воздух.
Единственный выход это воспользоваться другим механизмом и размножить флору. Фотосинтез — это естественный механизм, предусмотренный природой для переработки CO2. Сегодня эта система нужна, как никогда ранее. Производство диоксида углерода растет и соизмеримо выбросам должно расти количество лесов, джунглей, парков и искусственных насаждений. Растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород.
Дневное дыхание растений
Дневное дыхание связано с двумя процессами: непосредственно дыханием и фотосинтезом. Процесс дыхания, как и у человека, связан с окислением органических соединений и выделением диоксида углерода, воды и энергии. Вместо человеческих легких выступает вся поверхность растения. Химическая формула, описывающая реакции в процессе дыхания растений:
Любое дерево способно дышать всей поверхностью, даже поверхностью плодов. Но наиболее активно процесс дыхания происходит через устья листа, откуда и попадает по межклеточному пространству большая часть необходимых газов.
Если речь идет о дневном времени суток, то дыхание не столь заметно, как ночью. Поскольку работа растения направлена большей частью на постоянное запасание энергии в виде органических соединений (глюкозы). Попадающий в листья газ, при содействии воды и энергии солнечного света в хлоропластах превращается в глюкозу, которую организм запасает для дальнейшего использования. Собственно дыхание и является этим дальнейшим использованием.
Запасенная глюкоза, с помощью воды и кислорода разлагается на молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), углекислый газ и водород. АТФ – это твердая энергия. Биологический аккумулятор клеток, который обеспечивает энергетическими запасами все живое на планете. Позднее эти запасы будут использованы в жизнедеятельности каждой молекулы организма.
Кажется, что образуется замкнутый круг: фотосинтез происходит с образованием глюкозы и кислорода, но что толку, если потом в результате дыхания растений выделяется диоксид углерода и АТФ. А энергию растения расходуют лично на себя, ничего не оставляя другим. Но весь вопрос в количестве. Далеко не весь кислород, который образуется во время фотосинтеза, поглощается организмом во время дыхания. Растения производят в разы больше, чем поглощают. Может этим они и отличаются от человека. А все энергетические запасы растений рано или поздно переходят в запасы животных или человека. Так растения отдают все свои накопления ради существования экосистемы Земли.
В среднем 1 гектар лесов ежегодно выделяет 4 тонны кислорода и потребляет 5 тонн углекислого газа. Человек в день выдыхает до 1 килограмма диоксида углерода, в год — 365 кг. Следовательно, 1 гектар леса поглощает углекислоту, которую выдыхают 13 человек.
Ночное дыхание растений
Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Есть и ночное дыхание. Это явление было открыто Отто Варбургом в начале XX века. Ночью света нет, а значит нет и энергии для фотосинтеза. Растения перестают вырабатывать O2, но не могут перестать дышать. Кислород поглощается, а углекислый газ все так же продолжает выделяться.
Белки, жиры и углеводы, запасенные в процессе жизнедеятельности днем, благодаря циклу Кресса превращаются в углекислый газ, молекулы АТФ и водород.
АТФ расходуются на дальнейшие нужды, углекислый газ уходит в атмосферу по устьицам, а вот водород окисляется до воды. Растение не может позволить себе сбрасывать водород в атмосферу, поскольку легко может погибнуть от этого, поэтому происходит частичный выброс паров воды. Большая часть организма растения – вода. Она нужна во всех процессах, включая дневное и ночное дыхание. Окисленный водород будет использован вновь в следующих реакциях.
Именно из-за ночного дыхания не рекомендуется ставить цветы в спальнях. Это увеличивает содержание углекислоты в комнате. Что никак не скажется на цветах, но будет чувствительно для человека.
Для дыхания растений существует пороговое значение содержания кислорода. При увеличении содержания О2 в воздухе до 5-8 процентов – интенсивность дыхания у растений скачкообразно растет. Но после это рост практически прекращается. Сейчас кислорода в воздухе около 21 процента. А значит, растениям еще долго не нужно будет о нем беспокоиться.
В природе есть еще одно интересное явление, названное САМ — фотосинтезом. Это явление характерно для пустынных цветов и растений. В вечной погоне за сохранением водных ресурсов, эти растения приспособились к проведению фотосинтеза в ночь.
Водоросли и CO2
Под водорослями понимают все растения, находящиеся под водой и не имеющие корня. Интенсивнее всего, из водорослей, поглощает углекислоту одноклеточные водоросли — фитопланктон. В основном все водоросли дышат растворенным в воде кислородом, за исключением нескольких видов, осуществляющих бескислородный фотосинтез. Те в качестве акцептора электронов при дыхании используют элементную серу.
Получение энергии в группе цианобактерий
Фитопланктон обитает в верхних слоях воды, поскольку ему требуется большое количество солнечной энергии для фотосинтеза. При наличии в воде растворенного углекислого газа фитопланктон осуществляет фотосинтезирующий процесс, побочным продуктом которого является кислород. Большим отличием этих водорослей от наземных растений является количество производимого кислорода. За один цикл фотосинтеза фитопланктон производит кислорода в 3-4 раза больше собственного веса. Неудивительно, что при таких показателях 70 процентов атмосферного кислорода произведено в воде.
Фотосинтез
О фотосинтезе уже шла речь в этой статье. Стоит рассмотреть его более подробно. Как уже говорилось ранее, фотосинтез происходит в хлоропластах. За две фазы происходит процесс образования новой молекулы глюкозы, которая после используется в химических процессах растения.
Во время световой фазы используется энергия солнца. Под ее действием вода отдает электрон и распадается на положительно заряженные частицы водорода (Н) и радикалы гидроксида (ОН). После этого оставшиеся частицы ОН образуют воду и кислород, который сразу же удаляется в атмосферу. В хлоропласте остались электроны и положительно заряженные частицы водорода. Эти частицы накапливаются на различных сторонах мембраны тилакоида (одной из частей хлоропластов), из-за разницы концентраций протоны из большей концентрации стремятся проникнуть через мембрану к протонам с меньшей концентрацией. Когда разность потенциалов между ними достигнет 200 миллиВольт, произойдет разряд и молекула АТФ зарядится, а никотинамидадениндинуклеотидфосфат (сокращенно НАДФ) восстановится до НАДФ*Н. Эти два компонента и будут необходимы в темновой фазе фотосинтеза.
Схематический процесс фотосинтеза
В теневой фазе АТФ является аккумулятором, а НАДФ курьером, который доставляет в другую часть хлоропласта протон Н. К тому же растению нужен будет СО2, который послужит основой для будущей молекулы глюкозы. В итоге химических реакций из молекул СО2 и водорода, с помощью энергии из АТФ получается глюкоза С6Н12О6, которая и является первым питательным веществом во всех пищевых цепочках Земли.
Заключение
Хлоропласты — устройство для сбора солнечной энергии возрастом 3 миллиарда лет. Эта микроскопическая солнечная батарея дает жизнь лесам, полям, планктону морей, а также животным включая нас с вами.
Биосфера, работающая на солнечной энергии, собирает и обрабатывает в 6 раз больше энергии, чем вся человеческая цивилизация. Сейчас мы понимаем, как фотосинтез работает на химическом уровне. Мы способны повторить этот процесс лабораторных условиях, но у нас это получается хуже, чем у растений. Неудивительно, ведь природа занималась этим миллиарды лет, а мы только что начали. Но если бы мы смогли раскрыть тайны фотосинтеза, все источники энергии, от которых мы зависим сегодня — уголь, нефть, природный газ ушли в прошлое. Фотосинтез — идеальная экологическая энергия, она не загрязняет воздух, не даёт выбросов углерода. Искусственный фотосинтез в достаточно больших масштабах позволил бы снизить парниковый эффект, ведущий к опасному изменению климата …
Читайте также: