Свет и фотосинтез

Поглощенная солнечная энергия любых длин волн в конечном счете приводит к нагреванию главным образом атмосферы и поверхности планеты, а также частично обратно излучается в космическое пространство. Фотосинтез же — уникальный процесс, позволяющий запасти эту энергию, сделать ее доступной для совершения работы живыми организмами. В процессе фотосинтеза участвуют вызываемые светом фотохимические реакции, не нуждающиеся в свете ферментативные (темновые) процессы и процессы диффузии, при которых происходит обмен диоксидом углерода и кислородом между хлоропластами и наружным воздухом. Каждый из этих процессов находится под влиянием разных факторов, которые могут ограничить фотосинтез.
В целом фотосинтез заключается в преобразовании и запасании солнечной энергии (477 кДж на каждый ассимилированный моль С02), в результате чего из простых неорганических синтезируются сложные органические вещества и выделяется молекулярный кислород. В общем виде этот процесс можно описать уравнением
н2о + со2= о2 + '/* (с6н12о6)
Условия этой реакции — свет и кислородовыделяющие фотосинтезирующие организмы. Обратная реакция (окисление органических веществ с образованием воды и диоксида углерода) представляет собой процесс дыхания.
Фотосинтез — очень распространенный в биосфере химический процесс, но зеленые растения используют в нем солнечную энергию малоэффективно. В среднем по всей земной поверхности на фотосинтез ежегодно затрачивается всего лишь около 138 Дж/см2, т.е. около */2ооо наличной энергии. Правда, существенная часть солнечной радиации падает на Землю там, где растительности нет. Поэтому если включить в расчет только то количество света, которое действительно поглощается зелеными растениями, то эффективность фотосинтеза (отношение запасенной лучистой энергии к поглощенной) окажется более высокой — около нескольких процентов (А.Гэлстон и др., 1983).
Зеленый лист поглощает в среднем 75 % падающей на него энергии Солнца, но коэффициент использования ее на фотосинтез довольно мал.

Выход фотосинтеза часто лимитируется сильным освещением, пониженным поступлением С02, уменьшением активности ферментов в процессе развития (например, при старении) и т.д. Поэтому в природных условиях КПД использования света в фотосинтезе невысок. При интенсивном освещении на фотосинтез тратится примерно 1 —2%, а при более низкой освещенности — до 10 % поглощенной листом лучистой энергии. Остальные 90—99 % ее переходят в тепловую энергию, которая тратится на транспирацию и другие процессы.
Масштабы фотосинтетического преобразования и запасания энергии огромны: каждый год на Земле за счет фотосинтеза образуется более 200 млрд т биомассы, что эквивалентно энергии, равной 30,2 * Ю20 Дж (А. Гэлстон и др., 1983). При этом фотосинтез — единственный биологический процесс, протекающий с увеличением свободной энергии, а все остальные процессы в организмах идут за счет химической энергии, накопленной в них. Следовательно, практически вся живая материя на Земле представляет собой прямой или отдаленный результат фотосинтетической деятельности. В ближайшие миллиарды лет растения служат посредниками между неиссякаемым источником энергии (Солнцем) и живым миром нашей планеты. Основанный на окислении воды фотосинтез стал мощным поставщиком энергии в биосферу, усилил биоэнергетические процессы благодаря включению в метаболизм кислорода, защитил живое от разрушительного действия космической радиации сформировавшимся озоновым экраном. Все это индуцировало мощное развитие жизни, приведшее в конечном счете к появлению современных сложных организмов и сообществ, освоению огромных пространств суши и атмосферы. В настоящее время фотосинтез лежит в основе биологического круговорота на Земле, от масштабов которого зависит жизнь на планете, ее разнообразие и возможности.

Еще по теме Свет и фотосинтез:

1. Управление фотосинтезом
2. ВОЗДУШНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ (ФОТОСИНТЕЗ)
3. Фотосинтез - световое воздушное автотрофное питание растений
4. Глава VII УВЕЛИЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДАВ АТМОСФЕРЕ, ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАИ
5. Свет
6. 1. 1. Свет
7. Лет насекомых на искусственный свет
8. СВЕТ
9. Практическое использование лета насекомых на свет
10. ГЛАВА II СВЕТ И ЕГО РОЛЬ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ
11. Этот таинственный свет
12. 13.1.3 Свет в растительном сообществе
13. СВЕТ
14. Свет как сигнал
15. Находки, проливающие свет на происхождение собак, имеют возраст 8—10 тысяч лет...
16. Процессы связывания (фиксации) С02
17. Поведение устьиц в природе