Разложение органических веществ есть процесс, в ре­зультате которого организмы получают необходимые хи­мические элементы и энергию при преобразовании пищи внутри клеток их тела

Дыхание - это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде органических веществ, пере­дается на универсальную энергонесущую молекулу аде-нозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

Метаболизм - это совокупность биохимических реак­ций и превращений энергии в клетках живых организ­мов, сопровождающихся обменом веществ между организ­мами и средой.

Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катаболизмом, а реакций, приводящих к образованию новых молекул, - анаболизмом.

Превращения энергии в биохимических реакциях осуществля­ются путем переноса электронов с одного энергетического уров­ня на другой или от одного атома или молекулы - к другим. Вещество, отдающее электроны, называется донором, а принима­ющее электроны - акцептором.

Энергия органических веществ выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18710³ Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее повышению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные хими­ческие реакции таким образом, Что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости.

У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, тем или иным путем сохраня­ется, и поэтому температура их тела, как правило, выше темпе­ратуры окружающей среды. У растений скорость дыхания неве­лика, поэтому выделяемая теплота обычно не накапливается и не влияет на температуру растений.

Дыхание может происходить в аэробных (в присутствии кис­лорода) и в анаэробных (бескислородных) условиях.

Аэробное дыхание - процесс, обратный нормальному фото­синтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С₆Н₁₂0₆) вновь разлагается с образованием С0₂ и Н₂0 и высвобождени­ем потенциальной энергии Q, аккумулированной в этом веще­стве. Акцептором электронов является кислород:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ -> 6С0₂ + 6Н₂0 + Q₁ при этом Q_} = Q _пот = 686 ккал/моль.

В отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате незавершенного дыхания образуются органические вещества, содержащие некоторое количество энергии, которая может быть использована другими организмами.

Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а дру­гое вещество, например, уксусная кислота:

С₆Н₁₂0₆ + СН₃СООН -> 4С0₂ + 4СН₄ + О₂

При этом Q, < О^, а выделяющийся метан обладает некоторым запасом энергии с/, и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе: СН₄ + 20₂ -> СО₂ + 2Н₂0 + q₁

Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

Брожение - это анаэробное дыхание, при котором органичес­кое вещество само служит и донором, и акцептором электронов: С₆Н₁₂0₆ -> 2С₂Н₅ОН + 2С0₂ + Q₃

При этом О_э < С?_пот, а образующийся спирт также содержит некоторое количество энергии q_v которая может быть исполь­зована другими организмами:

C₂H₅ОН + 30₂ -» 2С0₂ + ЗН₂0 + q₂.

Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество С0₂ и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они - важный, а иногда даже необходимый, процесс в экосистемах с такими физическими условиями, при которых микроорганизмы не успе­вают разлагать образующиеся органические остатки. Но оконча­тельное разложение отмерших растений и животных осуществляет­ся гетеротрофными микроорганизмами - редуцентами.

Если бы эти процессы прекратились, то все биогенные элемен­ты оказались бы связанными в мертвых остатках, а продолжение

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

жизни стало бы невозможным. Комплекс разрушителей в био­сфере состоит из огромного числа видов, которые, действуя последовательно, разлагают органические вещества до минераль­ных. Процессы образования органических веществ и их распад

Называют также процессами ПРОДУКЦИИ (лат. productio - создание, производство) И Деструкции (лат. destructio - разрушение).

Продукционно-деструкционный баланс в биосфере, назы­ваемый также биотическим балансом, зависит от соотношения ско­ростей автотрофных и гетеротрофных процессов. В течение дли­тельного геологического периода, начиная приблизительно с кемб­рия (600 млн - 1 млрд лет назад), небольшая, но заметная часть синтезируемого органического вещества не расходовалась, а со­хранялась и накапливалась в осадках. Это обусловлено тем, что не все части отмерших растений и животных разрушаются с одинако­вой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются достаточно быстро, а древесина (клетчатка, лигнин), хитин, кости - очень медленно. Наиболее устойчивым промежуточным продуктом разло­жения Органических веществ ЯВЛЯеТСЯ гумус (лат. humus - почва, перегной),

дальнейшая минерализация которого протекает очень медленно. Медленное разложение гумуса - одна из причин запаздывания деструкции по сравнению с продукцией. С точки зрения химии гумусовые вещества представляют собой продукты конденсации (лат.

condensatio - скопление, уплотнение) ароматических Соединений (срвНОЛОВ,

бензолов и др.) с продуктами распада белков и полисахаров. Для их расщепления, видимо, требуются специальные ферменты, кото­рые часто отсутствуют у почвенных и водных сапротросров.

Следует заметить, что многие токсичные вещества (гр. loxicon - яд), которые человек вводит в окружающую среду (гербициды, пестициды, промышленные отходы), являются также производными ароматического углеводорода бензола и из-за высокой устойчивос­ти к разложению очень опасны.

В то же время органические вещества могут образовывать безвредные комплексные соединения с некоторыми токсичными веществами. Так, гумусовые вещества могут связывать в комплексы ионы тяжелых металлов и делать их нетоксичными, в отличие от солей тех же металлов. Например, токсичность меди для водорослей коррелируется с концентрацией свободных ионов Си²*, а не с общим содержанием меди. А одно и то же количество меди оказывается менее ядовитым в прибрежных районах, чем в открытом море, где меньше органического вещества, которое могло бы связать металл в безвредные комплексы.

Именно преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ и явилось причиной уменьшения содержания углекислого газа и накопления кислорода в атмосфере.

Это подтверждает хотя бы тот факт, что состав атмосферы Земли резко отличается от условий на других планетах Солнеч­ной системы. Согласно гипотезе Геи, предложенной Дж. Лавло-ком (1979), состав атмосферы «Земли без жизни» приближался бы к составу атмосферы на Марсе или Венере (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Сравнение состава атмосферы и температурных условий на Земле и других планетах (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)

Планета	Содержаниие основных газов в атмосфере, объемные доли, %	Температура поверхности, °С
со2	N2	о2
Марс Венера «Земля без жизни» Земля	95,0 98,0 98,0 0,03	2,7 1,9 1,9 78,09	0,13 Следы Следы 20,93	- 53 -290

Таким образом, именно зеленые организмы, поглощая С0₂ и выделяя 0₂, сыграли основную роль в формировании геохи­мической среды Земли, благоприятной для существования дру­гих организмов. Значительное количество накопившегося кисло­рода сделало возможными появление и эволюцию высших форм жизни.

Примерно 300 - 500 млн лет назад отмечался особенно большой избыток органической продукции, что привело к обра­зованию и накоплению в недрах Земли горючих ископаемых. Позже за счет накоплений этой энергии человек смог совершить промышленную революцию.

Дата добавления: 2014-11-18