Сущность фотосинтеза и хемосинтеза
Фотосинтез – это процесс выработки органических веществ на свету при участии пигмента хлорофилла.
Хемосинтез – это процесс выработки органических веществ при участии энергии химических связей.
Фотосинтез и хемосинтез являются базовыми процессами, происходящими в живых организмах. Эти процессы позволяют сформировать источники жизнедеятельности для автотрофных живых существ, а именно растительных организмов и небольшой группы бактерий. Эти организмы служат основным источником питания и началом пищевой пирамиды для гетеротрофов и сапротрофов.
Статья: Различие фотосинтеза и хемосинтеза
Характеристика фотосинтеза
С помощью фотосинтеза образуется несколько миллиардов тонн органического вещества, и 200 миллиардов тонн кислорода, который поступает в атмосферу и используется для процесса дыхания всех живых организмов.
Процесс фотосинтеза имеет несколько актуальных характеристик:
- фотосинтез происходит в специализированных органах – пластидах, которые содержат пигмент – хлорофилл. В этих органоидах присутствуют граны, состоящие из тилакоидов, лежащих в строме;
- в ходе окислительно-восстановительной реакции или фотосинтеза происходит потребление воды, некоторых групп неорганических веществ и углекислого газа;
- этот процесс стимулируется поступающими в растение квантами света (молекулы хлорофилла при этом переходят в возбужденное состояние;
- результатом реакции является выделение кислорода и создание органических веществ, чаще всего глюкозы и виноградного сахара.
Характеристика хемосинтеза
Что касается хемосинтеза, то он обеспечивает круговорот азота в природе. Также хемосинтез позволяет серобактериям создать базу для образования почв, способствуя их выветриванию. Водородные бактерии окисляют большие объемы водорода и позволяют многим группам микроорганизмов избавиться от него. Нитрифицирующие бактерии позволяют повысить плодородность грунта и участвуют в очищении сточных вод.
Хемосинтез происходит в клетках бактерий и архей. Отличия хемосинтеза состоит в том, что синтез органических веществ происходит не прямо, а через образование энергии АТФ, которая в последствии тратится на синтез органики. При этом живые организмы используют углекислый газ, а также водород и кислород, образующиеся при окислении аммиака, оксида железа, водорода и сероводорода.
Хемосинтез происходит под землей, в глубинах Мирового океана и внутри других живых организмов. Он не привязан к световой энергии и не зависит от солнечного света.
Природную роль хемосинтеза достаточно трудно переоценить. Окисление неорганических веществ в природе является важнейшей составляющей общего круговорота веществ в природе. Относительная свобода хемотрофов от солнечного света делает их единственными обитателями труднодоступных мест: глубоководных впадин, различных рифтовых океанических зон. Аммиак и сероводород, которые перерабатываются данными прокариотами, по сути, являются ядовитыми веществами.
Хемосинтез позволяет нейтрализовать вышеописанные ядовитые соединения. Хемосинтез позволяет сформировать так называемую «подземную биосферу». Ее формируют исключительно организмы, которым для жизни не нужны ни свет, ни кислород. Этим уникальным свойством обладают анаэробные бактерии.
Примером действия хемосинтеза в природе можно назвать «работу» азотфиксирующих бактерий. Они обитают на корнях бобовых и злаковых растений. Такой тип сожительства называется взаимовыгодным или симбиотическим. При этом растения обеспечивают бактериальные организмы необходимыми углеводами, созданными в ходе хемосинтеза.
Еще одним примером действия хемосинтеза в природе можно назвать работу серобактерий. На исследовании этих процессов построено первичное исследование хемосинтеза. Такой вид бактерий в ходе окисления использует сульфиды, сульфаты, сероводород и другие вещества. Такая система превращений происходит в клетках и вне их пространства. Эта способность используется в решении проблемы дополнительной аэрации и закисления почв. Природной средой обитания серобактерий являются пресные и соленые водоемы. Известны случаи образования симбиозов этих организмов с трубчатыми червями и моллюсками, которые обитают в иле и придонной зоне.
Бактерии могут продуцировать азот, который обогащает корневую систему растений. Такой вид прокариот осуществляет два типа химических реакций. Первый тип заключается в превращении аммиака в нитраты, а второй тип заключается в превращении нитратов в свободный газообразный азот. Таким образом происходит в результате данных химических реакций происходит круговорот химического вещества в природе.
Таким образом, хемосинтез и фотосинтез являются глобальными процессами обмена веществ, они позволяют обеспечить органическими веществами все живые организмы, которые используют их для выполнения собственных уникальных функций. Фотосинтез и хемосинтез основываются на процессе окислительно-восстановительных реакций, которые преобразуют энергию, полученную из различных источников.
Сходства и различия хемосинтеза и фотосинтеза
Таким образом, можно выделить следующие сходства хемосинтеза и фотосинтеза. Оба процесса являются типами автотрофного питания, в ходе которого организм образует органические вещества из неорганических. При этом энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты и используется для синтеза органических веществ.
Отличия хемосинтеза от фотосинтеза заключаются в следующем:
- источник энергии, обеспечивающий процессы различен. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие внутри данных процессов также различные;
- при хемосинтезе первичным источником энергии являются химические реакции по окислению некоторых веществ;
- хемосинтез характерен исключительно для бактерий и архей;
- при хемосинтезе клетки бактерий не содержат хлорофилла, а при фотосинтезе содержат данный пигмент;
- источник углерода при хемосинтезе – не только углекислый газ, но и угарный газ, муравьиная кислота, уксусная кислота, карбонаты и метанол.
