Экологическое значение кислорода воздуха

В атмосфере Земли почти весь кислород накоплен в результате деятельности цианобактерий и зеленых растений. Цианобактерии, развив тип фотосинтеза, побочным продуктом которого стало выделение 02, начали кардинальное изменение атмосферы, сделавшее возможным эволюцию аэробной жизни.

В конечном счете кислород воздуха происходит из расщепленной при фотосинтезе воды, и почти вся вода Земли (около 1,5 млрд км3) примерно за 2 млн лет проходит через цикл фотосинтез / дыхание. Выделившийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу и, по расчетам П. Клауда и А.Джибора (1972), примерно за 2000 лет проходит через живое вещество. Сейчас атмосфера Земли содержит около 1,2 • 1015 т кислорода. Растения при фотосинтезе повышают его содержание (производя 70 • 109 т в год) по отношению к диоксиду углерода, а дыхание всего живого его понижает (В.Лар- хер, 1978). Конечный баланс С02 и 02 в атмосфере во многом зависит от жизнедеятельности организмов, и если растения погибнут, то свободный кислород на Земле быстро исчезнет.
Кислород в клетке как главный окислитель жизненно необходим для существования эукариотических организмов и многих прокариот. Их клетки получают основную энергию в процессе кислородного дыхания. Ряд организмов разлагает органику в анаэробных условиях (брожение), но такой метаболизм удовлетворяет энергетические потребности менее эффективно. Так, при аэробном окислении глюкозы образуется в 18 раз больше энергии, чем при ее анаэробном сбраживании. Однако роль свободного кислорода в организмах двойственна. Атомарный кислород и озон являются клеточными ядами, и эволюция жизни была бы невозможна без развития систем защиты от их прямого действия. В атмосфере чистого кислорода дыхание растений снижается, а при длительном его действии они гибнут. Это связано с усилением свободнорадикальных реакций, повреждением мембран вследствие окисления их липидов и в конечном итоге — с нарушением многих процессов обмена веществ (см. разд. 4.2.1).
Кислород и дыхание растений. Кислород воздуха служит конечным акцептором водорода при дыхании. Дыхание относится к процессам диссимиляции, при которых происходит распад органических субстратов организма. При этом от них отщепляется водород и освобождается некоторое количество энергии. Однако максимальный ее выход связан с переносом водорода на конечный акцептор, который получает его через дыхательную цепь в митохондриях или глиоксисомах.

Этот процесс связан с цепью переноса электронов.
В дыхательной цепи благодаря фосфорилированию образуется универсальная энергетическая «валюта» клеток — АТФ. Еще высокоэнергетические соединения образуются при фосфорилировании на уровне субстратов. При брожении водород присоединяется к органическим соединениям, способным далее восстанавливаться, а при анаэробном дыхании — к некоторым неорганическим акцепторам водорода (нитратам, сульфатам). Однако между водородом и этими окислителями разность потенциалов меньше, чем между ним и кислородом. Поэтому кислородное дыхание, при котором конечным акцептором водорода служит 02, дает значительно больший выход энергии (КПД 30—40%).
Школой А.Л.Курсанова была показана перспективность использования в сельскохозяйственной практике экзогенного нитрата как терминального акцептора электронов в бескислородных условиях. Азотные удобрения на анаэробных почвах предоставляют растению дополнительные акцепторы электронов, что положительно сказывается на урожае.
В воздухе кислорода достаточно для дыхания наземных частей растений. Газы попадают в их тела через устьица, растворяются в жидкой фазе клеточных стенок и оттуда проникают в клетку. Этот процесс требует сохранения влажности контактирующих с воздухом оболочек и мембран. Водоемы всегда беднее кислородом, чем атмосфера. В самых благоприятных условиях (при 0 °) в 1л воды может раствориться не более 14,7 мг 02. С повышением температуры этот показатель падает, и при 25 °С растворимость кислорода уже в 2 раза меньше. Кроме того, в погруженные в воду органы (там нет устьиц) он проникает только путем диффузии через стенки клеток, а это происходит очень медленно (скорость диффузии кислорода в воде в 104 раз меньше, чем в воздухе). Ситуация усугубляется тем, что в воде 02 диффундирует медленнее С02. Поэтому для находящихся в почве и воде корней, семян и аэробных микроорганизмов кислород часто становится лимитирующим фактором и его недостаток сильно сказывается на жизни растений (Т. В. Чиркова, 1988 и др.). Еще кислород активно расходуется на дыхание микрофлоры при разложении в воде органики, причем при высоких температурах этот процесс ускоряется. Такое «биохимическое потребление кислорода» особенно характерно для стоячих вод, где накапливаются органические загрязнители.

Еще по теме Экологическое значение кислорода воздуха:

1. Экологическое значение эндогенного ритма
2. 7.2. ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ПЕРИОДОВ ОНТОГЕНЕЗА, ИМЕЮЩИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭВОЛЮЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
3. Глава III Растение и среда. Значение экологических факторов в жизни бромелиевых
4. ПРЕВРАЩЕНИЯ КИСЛОРОДА
5. ИЗОТОПЫ КИСЛОРОДА
6. ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОД
7. Содержание кислорода
8. ВОДОРОД И КИСЛОРОД (вода)
9. Экологическая оценка применения антигельминтиков и пути снижения экологического риска
10. ГАЗОВЫЙ СОСТАВ ВОЗДУХА
11. ПРЕВРАЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ УГЛЕРОДАИ КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
12. ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА
13. 2.2 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
14. 2.4. ДЕНАТУРАЦИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
15. IV.1. ПАТОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЫДЫХАЕМОГО И ДЕЗИОНИЗИРОВАННОГО ВОЗДУХА