Evolyutsiya nazariyasi fanidan tayyorlagan

2.2. Fotosintez jarayonining o’simlik hayotidagi ahamiyati va hosildorlikda tutgan o’rni
Fotosintez biosferadagi yagona jarayon bo'lib, uning tashqi manba ta'sirida bo'sh energiya ko'payishiga olib keladi. Fotosintez mahsulotlarida saqlanadigan energiya insoniyat uchun asosiy energiya manbayi hisoblanadi.
Har yili Yerda fotosintez natijasida 150 milliard tonna organik moddalar hosil bo'ladi va 200 million tonnaga yaqin erkin kislorod ajralib chiqadi.
Fotosintezda ishtirok etadigan kislorod, uglerod va boshqa elementlarning aylanishi Yerdagi hayot uchun zarur bo'lgan atmosferaning hozirgi tarkibini saqlaydi. Fotosintez CO2 kontsentratsiyasining ko'payishini oldini oladi , "issiqxona effekti" deb ataladigan narsa tufayli Yerning haddan tashqari qizib ketishining oldini oladi.
Yashil o'simliklar boshqa barcha geterotrof organizmlarning bevosita yoki bilvosita oziq-ovqat bazasi bo'lganligi sababli, fotosintez sayyoramizdagi barcha tirik mavjudotlarning oziq-ovqatga bo'lgan ehtiyojini qondiradi. U qishloq va o'rmon xo'jaligi uchun eng muhim asosdir. Unga ta'sir qilish imkoniyatlari hali katta bo'lmasa-da, ular hali ham ma'lum darajada foydalaniladi. Havodagi karbonat angidrid kontsentratsiyasining 0,1% gacha (tabiiy atmosferada 0,3% ga nisbatan) ortishi bilan, masalan, bodring va pomidorning hosildorligini uch baravar oshirish mumkin edi.
Barg yuzasining kvadrat metri bir soat ichida taxminan bir gramm shakar hosil qiladi; bu barcha o'simliklar, taxminiy hisob-kitoblarga ko'ra, atmosferadan yiliga 100 dan 200 milliard tonnagacha C ni olib tashlashini anglatadi. Ushbu miqdorning qariyb 60 foizini muzsiz yer yuzasining 30 foizini egallagan o'rmonlar, 32 foizini ekin maydonlari, qolgan 8 foizini dasht va cho'l o'simliklari, shuningdek, shaharlar va qishloqlar o'zlashtiradi.
Yashil o'simlik nafaqat karbonat angidriddan foydalanish va shakar hosil qilish, balki azot birikmalari va oltingugurt birikmalarini uning tanasini tashkil etuvchi moddalarga aylantirishga qodir. Ildiz tizimi orqali o'simlik tuproq suvida erigan nitrat ionlarini oladi va ularni o'z hujayralarida aminokislotalarga - barcha oqsil birikmalarining asosiy tarkibiy qismlariga aylantiradi. Yog'larning tarkibiy qismlari metabolik va energiya jarayonlarida hosil bo'lgan birikmalardan ham paydo bo'ladi. Yog'lar va yog'lar yog' kislotalari va glitserinlardan hosil bo'lib, ular o'simlik uchun asosan saqlash moddasi sifatida xizmat qiladi. Urug'lar energiyaga boy saqlash moddasi sifatida barcha o'simliklarning taxminan 80% ni o'z ichiga oladi. Qishloq xoʻjaligi va oziq-ovqat sanoatida urugʻlik, yogʻ va yogʻ ishlab chiqarish muhim oʻrin tutadi.
Fotosintezning eng ibtidoiy turi natriy xlorid miqdori yuqori (30% gacha) bo'lgan muhitda yashovchi galobakteriyalar tomonidan amalga oshiriladi. Fotosintezga qodir bo'lgan eng oddiy organizmlar, shuningdek, binafsha va yashil oltingugurt bakteriyalari, shuningdek, oltingugurt bo'lmagan binafsha bakteriyalardir. Bu organizmlarning fotosintez apparati o'simliklarnikiga qaraganda ancha sodda (faqat bitta fotosistema); Bundan tashqari, ular kislorod chiqarmaydi, chunki oltingugurt birikmalari suv emas, balki elektronlar manbai sifatida ishlatiladi. Ushbu turdagi fotosintez bakterial deyiladi. Biroq, siyanobakteriyalar (suvning fotodegradatsiyasiga va kislorodni chiqarishga qodir bo'lgan prokaryotlar) fotosintetik apparatlarning yanada murakkab tashkil etilishi - ikkita konyugatsiyalangan fototizimlar. O'simliklarda fotosintez reaksiyalari hujayraning maxsus organellasi - xloroplastda amalga oshiriladi.
Barcha o'simliklar (yo’sinlar va moxlardan zamonaviy gimnospermlar va angiospermlargacha) fotosintetik apparatlarning umumiy tizimli va funksional tashkilotiga ega. Xloroplastlar, boshqa plastidlar kabi, faqat o'simlik hujayralarida mavjud. Ularning tashqi pardasi silliq, ichki pardasi esa ko‘p burmalar hosil qiladi. Ularning orasida donalar deb ataladigan bog'langan pufakchalar to'plami mavjud. Ularda fotosintez jarayonida katta rol o'ynaydigan yashil pigment - xlorofill donalari mavjud. Xloroplastlarda ATF hosil bo'ladi va oqsil sintezi ham sodir bo'ladi.
Fotosintez jarayoni ikkita ketma-ket va o'zaro bog'liq bo'lgan bosqichlardan iborat: yorug'lik (fotokimyoviy) va qorong'i (metabolik).
Fotosintezning yorug'lik bosqichida uchta jarayon sodir bo'ladi:
1. Suvning parchalanishi natijasida kislorod hosil bo'lishi. U atmosferaga chiqariladi.
2. ATF sintezi.
3. Uglevodlar hosil bo'lishida ishtirok etuvchi vodorod atomlarining hosil bo'lishi.
Fotosintezning qorong'u bosqichida quyidagi jarayonlar sodir bo'ladi:
1. Karbonat angidridning konversiyasi.
2. Glyukozaning hosil bo'lishi.
Fotosintez oksidlanish-qaytarilish jarayoniga asoslanadi, buning natijasida kislorod (O2), shuningdek, kraxmalga aylanadigan va o'simlik tomonidan saqlanadigan monosaxaridlar (glyukoza va boshqalar) hosil bo'ladi. Fotosintez jarayonida boshqa organik birikmalarning monomerlari - yog 'kislotalari, glitserin, aminokislotalar ham sintezlanadi. Fotosintez qiymati:
1. Geterotrof organizmlar uchun oziq bo'lgan organik moddalar hosil bo'lishi bilan erkin quyosh energiyasini o'zlashtirish va aylantirish.
2. Barcha tirik organizmlarning nafas olishi uchun zarur bo'lgan erkin kislorodning atmosferaga chiqarilishi.
3. Atmosfera havosidan karbonat angidridni assimilyatsiya qilish, bu tirik organizmlarga salbiy ta'sir qiladi.
4. Barcha quruqlikdagi organizmlarni quyosh nuri energiyasidan aylanadigan kimyoviy energiya bilan ta'minlash.Yashil o'simliklar kosmik rol o'ynaydi, Yer va Quyoshdagi hayotga vositachilik qiladi. O'simliklar quyosh nurlarining energiyasini oladi, buning natijasida sayyoramizdagi barcha hayot mavjud. Ulug'vor, kosmik miqyosda amalga oshirilgan fotosintez jarayoni sayyoramiz qiyofasini tubdan o'zgartirdi. Fotosintez tufayli quyosh energiyasi kosmosda to'liq tarqalmaydi, balki organik moddalarning kimyoviy energiyasi shaklida saqlanadi. Yashil o'simliklarning fotosintez jarayonida havodagi kislorodni chiqarish qobiliyati tufayli kislorodning doimiy foizi saqlanadi. Tabiatda yashil o'simliklardan tashqari erkin kislorodning boshqa manbalari yo'q. Barcha fotosintetik organizmlarda fotosintezning yorug'lik bosqichidagi fotokimyoviy jarayonlar tilakoid deb ataladigan maxsus energiyani o'zgartiruvchi membranalarda sodir bo'ladi va elektron tashish zanjiri deb ataladi. Fotosintezning qorong'ulik reaksiyalari tilakoid membranalardan tashqarida (prokariotlarda sitoplazmada va o'simliklarda xloroplast stromasida) sodir bo'ladi. Shunday qilib, fotosintezning yorug'lik va qorong'i bosqichlari fazoda va vaqt bo'yicha ajratiladi.
Yerda hayot mavjudligi va odamlar uchun muhim bo'lgan fotosintezning oqibatlarini qayd etaylik: quyosh energiyasini "saqlanishi"; erkin kislorod hosil bo'lishi; turli organik birikmalarning hosil bo'lishi; atmosferadan karbonat angidridni ajratib olish.
Quyosh nuri - "sayyoramizning o'tkinchi mehmoni" (V.L. Komarov) - faqat qulash paytidagina qandaydir ishlarni bajaradi, keyin u izsiz tarqaladi va tirik mavjudotlar uchun foydasiz bo'ladi. Biroq, yashil o'simlikka tushgan quyosh nuri energiyasining bir qismi xlorofill tomonidan so'riladi va fotosintez jarayonida ishlatiladi. Bunda yorug'lik energiyasi organik moddalarning - fotosintez mahsulotlarining potentsial kimyoviy energiyasiga aylanadi. Bu energiya shakli barqaror va nisbatan harakatsizdir. U organik birikmalarning parchalanishiga qadar, ya'ni cheksiz davom etadi. Bir gramm glyukozaning to'liq oksidlanishi bilan uning hosil bo'lishi paytida so'rilgan energiya miqdori - 690 kkal chiqariladi. Shunday qilib, yashil o'simliklar fotosintez jarayonida quyosh energiyasidan foydalanib, uni "kelajakda foydalanish uchun" saqlaydi. Bu hodisaning mohiyatini K.A.ning obrazli ifodasi yaxshi ochib beradi. O'simliklarni "konservalangan quyosh nurlari" deb atagan Timiryazev.
Organik moddalar ma'lum sharoitlarda juda uzoq vaqt, ba'zan ko'p million yillar davomida saqlanib qoladi. Ularning oksidlanishi jarayonida o'sha uzoq vaqtlarda Yerga tushgan quyosh nurlarining energiyasi ajralib chiqadi va undan foydalanish mumkin. Neft, ko'mir, torf, yog'ochni yoqish paytida chiqariladigan issiqlik energiyasi - bularning barchasi yashil o'simliklar tomonidan o'zlashtirilgan va o'zgartirilgan quyosh energiyasidir.
Fotosintez mahsulotlaridan biri bu deyarli barcha tirik mavjudotlarning nafas olishi uchun zarur bo'lgan erkin kisloroddir.Tabiatda nafas olishning anoksik (anaerob) turi ham mavjud, ammo unumdorligi ancha past: nafas olish materiallaridan teng miqdorda foydalanganda, erkin energiya bir necha baravar kamroq olinadi, chunki organik moddalar to'liq oksidlanmagan. Demak, kislorodli (aerob) nafas olish hayotning yuqori darajasini, tez o'sishini, intensiv ko'payishini, turning keng tarqalishini, ya'ni biologik taraqqiyotni tavsiflovchi barcha hodisalarni ta'minlashi aniq.
Atmosferadagi deyarli barcha kislorod biologik kelib chiqishi fotosintez hisoblanadi. Yer mavjudligining dastlabki davrlarida sayyora atmosferasi tiklangan xususiyatga ega edi. U vodorod, vodorod sulfidi, ammiak, metandan iborat edi. O'simliklarning paydo bo'lishi va, demak, kislorod va kislorodli nafas olish bilan organik dunyo yangi, yuqori darajaga ko'tarildi va uning evolyutsiyasi ancha tezlashdi. Binobarin, yashil o'simliklar nafaqat bir lahzalik ahamiyatga ega: kislorodni chiqarib, hayotni qo'llab-quvvatlaydi. Ular ma'lum darajada organik dunyo evolyutsiyasining xarakterini aniqladilar.
Fotosintezning muhim natijasi organik birikmalarning hosil bo'lishidir. O'simliklar uglevodlarni, oqsillarni, yog'larni juda ko'p turlarda sintez qiladi. Bu moddalar odamlar va hayvonlar uchun oziq-ovqat, sanoat uchun xom ashyo sifatida xizmat qiladi. Oʻsimliklar kauchuk, guttapercha, efir moylari, smolalar, taninlar, alkaloidlar va boshqalar hosil qiladi.Oʻsimlik xomashyosidan gazlamalar, qogʻozlar, boʻyoqlar, dorivor va portlovchi moddalar, sunʼiy tolalar, qurilish materiallari va boshqalar kiradi.
Fotosintezning ko'lami juda katta. O'simliklar har yili 15,6-10 10 tonna karbonat angidrid (jahon zahirasining 1/16 qismi) va 220 milliard tonna suvni o'zlashtiradi. Erdagi organik moddalar miqdori 10 14 t ni tashkil qiladi va o'simliklarning massasi hayvonlarning massasigaga bog'liq. Shu ma'noda (organik moddalar yaratuvchisi sifatida) suv o'simliklari, okeanda yashovchi suv o'tlari, organik ishlab chiqarishi quruqlikdagi o'simliklar ishlab chiqarishidan o'nlab marta ko'pdir.
Biz qazib olinadigan yoqilg'idan foydalanamiz - ko'mir, tabiiy gaz, neft va hokazo. Bu yoqilg'ining barchasi quruqlik va dengiz o'simliklari yoki hayvonlarining parchalanish mahsulotlaridan boshqa narsa emas va ularda to'plangan energiya millionlab yillar oldin quyosh nurlaridan olingan. Shamol va yomg'ir ham quyosh energiyasidan kelib chiqadi va shuning uchun shamol tegirmonlari va gidroelektrostantsiyalarning energiyasi ham oxir-oqibat quyosh radiatsiyasiga bog'liq.
Fotosintez jarayonida karbonat angidrid iste'mol qilinishiga qaramay, atmosferadagi CO2 miqdori deyarli to'liqligicha qolmoqda. Gap shundaki, barcha o'simliklar va hayvonlar nafas oladi. Mitoxondriyadagi nafas olish jarayonida tirik to'qimalar tomonidan atmosferadan so'rilgan kislorod uglevodlar va boshqa to'qimalarning tarkibiy qismlarini oksidlash uchun ishlatiladi, natijada karbonat angidrid va suv hosil bo'ladi va shu bilan birga energiya chiqariladi. Chiqarilgan energiya yuqori energiyali birikmalarda - adenozin trifosfatda (ATF) saqlanadi, bu organizm tomonidan barcha hayotiy funktsiyalarni bajarish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, nafas olish organik moddalar va kislorod iste'moliga olib keladi va sayyoradagi CO2 miqdorini oshiradi. Barcha tirik organizmlardagi nafas olish jarayonlari va tarkibida uglerod bo'lgan barcha turdagi yoqilg'ining yonishi, jami Yer miqyosida sekundiga o'rtacha 10 000 tonna O2 ni sarflaydi. Bunday iste'mol tezligida atmosferadagi barcha kislorod taxminan 3000 yil ichida qurib ketishi kerak. Bizning baxtimizga, organik moddalar va atom kislorodining iste'moli fotosintez orqali uglevodlar va kislorod hosil qilish orqali muvozanatlanadi. Ideal sharoitda o'simliklarning yashil to'qimalarida fotosintez tezligi bir xil to'qimalarda nafas olish tezligidan taxminan 30 baravar yuqori, shuning uchun fotosintez Yerdagi O2 tarkibini tartibga soluvchi muhim omil hisoblanadi.