Таблица 5. Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза
Первичная атмосфера Земли в момент возникновения жизни состояла, по-видимому, из азота, аммиака, метана, водорода и паров воды, но почти не содержала кислорода. Когда в океане появились первые фотосинтезирующие прокариоты, а затем и эукариотические водоросли, атмосфера стала постепенно насыщаться кислородом. Когда содержание кислорода в атмосфере достигло 1 % от нынешнего (так называемая точка Пастера), у организмов, живших в то время, появилась возможность использовать его в процессах окисления органических соединений для получения энергии. Таким образом возникло клеточное дыхание (см. § 90, 91), которое дало живым существам во много раз больше энергии, чем бескислородные процессы. Произошла так называемая «великая кислородная революция». Кислорода стало достаточно для того, чтобы мог возникнуть озоновый слой, защитивший от смертоносного действия ультрафиолета поверхности водоёмов и суши. Организмы, освоив новые, выгодные энергетические процессы, стали заселять поверхностные слои водоёмов, тогда как до этого им приходилось существовать на больших глубинах, чтобы не подвергаться воздействию ультрафиолетовых лучей. Теперь у фототрофов фотосинтез стал проходить более интенсивно, так как чем меньше слой воды, тем лучше он освещается солнцем. Виды живых существ, перешедшие к клеточному дыханию, резко усилили все процессы жизнедеятельности. Это, по всей видимости, способствовало ускорению прогрессивной эволюции. Многократно возросло количество видов, обитающих в воде. Через какое-то время первые живые существа выпели на сушу, надёжно защищённые от ультрафиолета озоновым слоем атмосферы.
По расчётам учёных, точка Пастера была пройдена 600–700 млн лет назад, т. е. к началу кембрийского периода палеозойской эры, а освоение суши началось приблизительно 420 млн лет назад, в конце ордовикского периода той же эры.
Из сказанного видно, что жизнь во всём своём современном многообразии смогла сформироваться только благодаря процессу фотосинтеза, приведшему к образованию кислородной атмосферы и накоплению огромной массы органических соединений, ставших основой питания для гетеротрофных организмов.
Световая и темновая фазы, фотосинтеза. Фотосистема I. Фотосистема II.
1. Что представляла собой «великая кислородная революция»?
2. Какое соединение является источником углерода для Сахаров, синтезированных в процессе фотосинтеза?
3. Какие процессы происходят в световую фазу фотосинтеза? На каких структурах хлоропластов они протекают?
4. Какие процессы происходят в темновую фазу фотосинтеза? Где в хлоропластах они осуществляются?
В процессе фотосинтеза одно, даже крупное растение производит совсем не так уж много углеводов. Однако если подсчитать, сколько энергии солнечного света улавливают и «запасают» все зелёные растения на Земле за год, то окажется, что для получения такого же количества энергии было бы необходимо 200 000 гидроэлектростанций. И составила бы эта энергия два квадрильона киловатт-часов.
Скорее всего, на ранних этапах развития жизни на Земле фотосинтез был гораздо менее сложным процессом, чем в настоящее время у зелёных растений. До сих пор у некоторых фотосинтезирующих бактерий наблюдается «упрощённый вариант» световой фазы фотосинтеза – циклическое фосфорилирование. При этом квант света взаимодействует с ионом магния, входящим в активный центр бактериального хлорофилла, и один из электронов приобретает энергию этого кванта, сходит со своей орбитали и тут же захватывается системой цитохромов. По цепочке этих переносчиков электрон возвращается «на своё место» в молекуле хлорофилла, а избыток энергии используется для синтеза АТФ из АДФ, т. е. в реакции фосфорилирования. Циклическое фосфорилирование является, по-видимому, древнейшим вариантом фотосинтеза.
Для циклического фосфорилирования достаточно наличия в клетках бактерий так называемой фотосистемы I, в то время как у зелёных растений процесс фотосинтеза гораздо сложнее и в нём задействована, помимо фотосистемы I, также и фотосистема II.
В XIX в. Юлиус Майер сказал: «Свет – это вечно натянутая пружина, приводящая в действие механизмы земной жизни».
Конец ознакомительного фрагмента.