Фотосинтез - проще простого

Страница 9

Ну а каковы хлоропласты этого растения? В теле водо­росли содержатся один или несколько хлоропластов. Если их много, они имеют дисковидную или веретеновидную форму. Одиночные обладают сетчатым строением. Ученые считают, что сетчатая струк­тура создается в результате соединения мелких хлороплас­тов друг с другом.

Многие ученые наблюдали усвоение углекислого газа хлоропластами, находящими­ся в животных клетках. У све­жесобранных моллюсков, эли­зии зеленой интенсивность фотосинтети­ческого усвоения углекислого газа составляла 55—67 % величины, определен­ной для неповрежденной водоросли кодиума хрупкого, из которого моллюсками были «приобретены» хлоропласты. Любопытно, что и содержание хлорофилла на 1 грамм сырой массы ткани у водоросли и животного было сходным.

Благодаря фотосинтезу мол­люски фиксировали углекис­лый газ на протяжении всех 93 дней опыта. Правда, ско­рость фотосинтеза постепенно ослабевала и к концу экспери­мента составляла 20—40 % от первоначальной.

В 1971 году ученые наблю­дали выделение кислорода в ходе фотосинтеза хлоро­пластов, налюдящихся в клет­ках тридакны. Тридакны—типичные обитатели тропических морей. Особенно широко они рас­пространены на коралловых рифах Индийского и Тихого океанов. Великаном среди моллюсков выглядит тридакна гигантская, достигающая иногда длины 1,4 метра и общей массы 200 килограммов. Тридакны интересны для нас своим сим­биозом с одноклеточными во­дорослями. Обычно они так располагаются на дне, чтобы их полупрозрачная мантия, выступающая между створка­ми раковины, была обращена вверх и сильно освещалась солнцем. В ее межклеточном пространстве в большом коли­честве поселяются зеленые водоросли. Несмотря на зна­чительные размеры, моллюск питается только теми вещест­вами, которые вырабатывают водоросли-симбионты.

В Средиземном море и у бе­регов Франции в Атлантике встречается червь конволюта, у которого под кожным покровом также оби­тают зеленые водоросли, осу­ществляющие синтез органи­ческих веществ из неоргани­ческих. Благодаря активности своих «квартирантов» червь не нуждается в дополнитель­ных источниках пиши, поэто­му желудочно-кишечный тракт у него атрофировался.

Во время отлива множество конволют покидает свои норы для того, чтобы принять сол­нечные ванны. В это время водоросли под их кожей ин­тенсивно фотосинтезируют. Некоторые виды этих червей находятся в полной зависи­мости от своих поселенцев. Так, если молодой червь не «заразится» водорослями, то погибнет от голода. В свою очередь водоросли, поселив­шиеся в теле конволюты, теряют способность к сущест­вованию вне его организма. «Заражение» происходит с по­мощью «свежих», не живших еще в симбиозе с червями водорослей в момент, когда личинки червя выходят из яиц. Эти водоросли, по всей вероятности, привлекаются какими-то веществами, выде­ляемыми яйцами червей.

В связи с рассмотрением вопроса функционирования хлоропластов в клетках жи­вотных чрезвычайно большой интерес представляют опыты американского биохимика М. Насса, в которых было по­казано, что хлоропласты си­фоновой водоросли каулерпы, харовой водоросли нителлы, шпината и африканской фиал­ки захватываются клетками соединительной ткани (так называемыми фибробластами) мышей. Обычно в фибробластах, заглотавших инородное тело (этот процесс ученые называют фагоцитозом), во­круг поглощенной частицы образуется вакуоль. Посте­пенно чужеродное тело пере­варивается и рассасывает­ся — исчезает. Когда же в клетки ввели хлоропласты, ва­куоли не возникали, а фибробласты даже не пытались их переварить.

Пластиды сохраняли свою структуру и способность к фотосинтезу на протяжении трех недель. Клетки, ставшие из-за их присутствия зелеными, нормально делились. При этом хлоропласты стихийно распределялись по дочерним клеткам. Пластиды, находив­шиеся в фибропластах около двух дней, а затем вновь выделенные, оставались непо­врежденными. Они усваивали углекислый газ с такой же скоростью, с какой фотосинтезировали свежие хлороплас­ты, выделенные из растений.

Предположим, что в ходе эволюции возникнут такие су­щества или их обнаружат на других планетах. Какими они должны быть? Ученые полагают, что в та­ком животном хлорофилл бу­дет сосредоточен в коже, куда свободно проникает свет, необходимый как для синтеза зеленого пигмента, так и для образования органических ве­ществ. «Зеленый человек» должен делать кое-что наобо­рот: днем, подобно сказочно­му королю, ходить в невиди­мой для всех одежде, а ночью, напротив, одеваться, чтобы согреться.

Проблема заключается в том, сможет ли такой орга­низм получать с помощью фотосинтеза достаточно пищи. Исходя из максимально воз­можной интенсивности фото­синтеза растений в самых благоприятных условиях су­ществования, можно подсчи­тать, сколько органического вещества сможет образовать зеленая кожа этого человека. Если принять, что 1 квадрат­ный дециметр зеленого расте­ния за 1 час синтезирует 20 миллиграммов Сахаров, то 170 квадратных дециметров человеческой кожи, доступной солнечным лучам, смогут об­разовать за это время 3,4 грамма. За 12-часовой день количество органического ве­щества составит 40,8 грамма. В этой массе будет концентри­роваться около 153 калорий энергии. Такого количества явно недостаточно для удов­летворения энергетических по­требностей человеческого ор­ганизма, которые составляют 2000—4000 калорий в сутки.

Примем во внимание, что «зеленому человеку» не нужно думать о пропитании и быть слишком деятельным, посколь­ку пища сама поступает в его организм из хлоропластов ко­жи. Нетрудно прийти к заклю­чению, что отсутствие физи­ческой нагрузки и малопод­вижный образ жизни сделают его похожим на обычное рас­тение. Иначе говоря, «зелено­го человека» весьма трудно будет отличить от опунции.

Расчеты исследователей по­казывают: для того, чтобы об­разовать достаточное коли­чество органического вещест­ва, «зеленый человек» в ходе эволюции должен в 20 раз увеличить поверхность своей кожи. Это может произойти за счет возрастания числа складок и отростков. Для это­го ему необходимо будет об­завестись подобием листьев. Если это произойдет, то он станет совсем малоподвиж­ным и еще более похожим на растение.

Таким образом, существова­ние крупных фотосинтезирующих животных и человека на Земле и в космосе едва ли возможно. Ученые полагают, что в любой биологической системе, хотя бы отдаленно напоминающей биосферу Зем­ли, обязательно должны су­ществовать растительноподобные организмы, обеспечиваю­щие пищей и энергией как самих себя, так и животных.

13. Заключение

Во второй половине XIX столетия было установлено, что энергия солнечного света усваивается и трансформи­руется при помощи зеленого пигмента хлорофилла.

На основе проведенных опытов можно сказать что, зеленая окраска хлорофилла опреде­ляется наличием в нем ато­ма металла вне зависимости от того, будет ли это маг­ний, медь или цинк.

Современная наука под­твердила правильность взгля­дов К. А. Тимирязева относи­тельно исключительной важ­ности для фотосинтеза именно красных лучей солнечного спектра. Оказалось, что коэф­фициент использования крас­ного света в ходе фотосинтеза выше, чем синих лучей, которые также поглощаются хлорофиллом. Красные лучи, по представ­лениям К. А. Тимирязева, играют основополагающую роль в процессе мироздания и созидания жизни.

Как известно растения поглащают углекис­лый газ, который присоединяется к пятиуглеродному веществу под названием рибулезодифосфат, где потом он в дальнешем участвует во многих других реакциях.

Изучение особенностей фо­тосинтеза у разных растений, безусловно, будет способство­вать расширению возможнос­тей человека в управлении их фотосинтетической деятель­ностью, продуктивностью и урожаем. В целом фотосинтез это один из основополагающих процессов жизни, на котором основана большая часть современной растительной фауны на поверхности земли.

14. Список использованных источников

1. Б. Дижур «Зеленая лабо­ратория» — М.: Детгиз, 1954.

2. Артамонов В. И. «Занимательная физиология растений». – М.: Агропромиздат, 1991