Фотосинтез, его роль в функционировании биосферы

Фотосинтез – у зеленых растений процесс преобразования света в химическую энергию органических соединений, синтезируемых из диоксида углерода и воды. Фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций, совокупность которых принято разделять на две фазы – темновую и световую.

Значение фотосинтеза в природе

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

16. Метаболизм живых организмов. Дыхание растений.

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Дыхание – совокупность процессов поступления в организм кислорода и удаления углекислого газа (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для их жизнедеятельности (клеточное или тканевое дыхание).

На самом деле, в живых клетках растений процесс дыхания происходит круглосуточно. Просто на свету скорость образования кислорода в результате фотосинтеза обычно превышает скорость его поглощения. Так же как и у животных, клеточное дыхание растений протекает в специальных клеточных митохондриях.

Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

17. Индивидуальное развитие организмов, эмбриональное и постэмбриональное развитие.

Онтогенез – весь период жизни особи от зиготы до смерти организма (жизненный цикл). Онтогенез представляет собой последовательную реализацию генетической информации, полученной от родителей. Онтогенез включает в себя два периода – эмбриональный и постэмбриональный.

Эмбриональное развитие – промежуток времени от первого деления зиготы до выхода из яйца или рождения молодой особи у животных и до произрастания семян у растений. У большинства многоклеточных животных эмбриональное развитие проходит по единому плану и включает три основных этапа: дробление, гаструляцию и органогенез.

Вскоре после оплодотворения начинается процесс дробления – митотическое деление зиготы с образованием бластомеров. В результате дробления образуется однослойный зародыш – бластула. После дробления начинается гаструляция – перемещение части клеточного материала с поверхности бластулы вовнутрь, на места будущих органов. В результате этих перемещений образуется гаструла – чашевидный зародыш, состоящий из трех слоев, или зародышевых листков: наружного – эктодермы, среднего – мезодермы и внутреннего – энтодермы. Во время гаструляции клетки дифференцируются по структуре и биохимическому составу. Дальнейшая дифференцировка клеток каждого зародышевого листка приводит к образованию тканей и органов – органогенезу.

В постэмбриональном или послезародышевом периоде осуществляются формообразовательные процессы, определяемые, прежде всего, генотипом организма, а также факторами внешней среды. Различают два способа постэмбрионального развития – прямое: рождающийся организм имеет все основные органы, свойственные взрослому животному (рыбы, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), и непрямое: эмбриональное развитие приводит к образованию личинки, которая по внешним и внутренним признакам значительно отличается от взрослого организма (плоские и кольчатые черви, ракообразные, насекомые, земноводные). Личиночный тип постэмбрионального развития является для некоторых видов животных причиной наличия различных сред обитания, расширения ареала распространения.

Индивидуальное развитие завершается старением и смертью. При старении происходят значительные физиологические изменения, резкое снижение активности иммунной системы, что приводит к общему снижению жизненных процессов и устойчивости организма к заболеваниям.

1 8. Размножение организмов: вегетативное, бесполое, половое.

При размножении происходит передача генетического материала от родительских форм к дочерним, что обеспечивает воспроизведение призников не только данного вида, но и конкретных родительских особей. Следовательно, размножение поддерживает длительное существование вида, сохраняет преемственность между родителями и их потомством в ряду многих поколений.

Существует два основных типа размножения – половое и бесполое. Бесполое размножение происходит без образования гамет (половых клеток), и в нем участвует лишь одна особь, которая делится, почкуется или формирует споры. В случае полового размножения особи нового поколения появляются при участии двух организмов – материнкого и отцовского.

Вегетативное размножение - Один из типов бесполого размножения, поскольку в увеличении числа особей участвует только один организм, который традиционно называют материнским. Вегетативное размножение осуществляют части одного вегетативного органа – корня или побега. Этим способом размножаются в основном цветковые растения. Из многоклеточных организмов кроме кишечнополостных вегетативное размножение наблюдается у губок, плоских и некоторых видов кольчатых червей. У отдельных видов млекопитающих встречается вегетативное размножение зародышей (у человека оно приводит к рождению однояйцевых близнецов).

При любой форме бесполого размножения наблюдается увеличение числа особей данного вида без повышения их генетического разнообразия – все особи являются точной копией материнского организма. Новые признаки у таких организмов появляются только в результате мутаций. Генетически сходные бесполые организмы гибнут гораздо быстрее, нежели бесполые.

Половое размножение существенно отличается от бесполого тем, что в данном случае генотип потомков возникает в результате перекомбинации генов, принадлежащих обоим родителям. Это повышает возможности организмов в приспособлении в меняющимся условиям среды.

Наиболее примитивная форма полового размножения – гермафродитизм. Особь-гермафродит способна производить сама и мужские, и женские гаметы. Гермафродитами являются многие протисты, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, ракообразные, моллюски (улитка), некоторые рыбы и пресмыкающиеся (ящерица), а также большинство растений.

19.Размножение организмов: чередование поколений в жизненных циклах животных.

Чередование поколений — закономерная смена у организмов поколений, различающихся способом размножения. Организмы многих видов могут размножаться как бесполым, так и половым путем. В связи с этим говорят о бесполом и половом поколениях данного вида. Чередование этих поколений у растений и животных имеет много общих черт. Граница, разделяющая половое и бесполое поколения в цикле развития, — процесс оплодотворения (рис. 1). При этом в результате слияния гаплоидных (т. е. содержащих одинарный набор хромосом) гамет появляется диплоидная (т. е. содержащая двойной набор хромосом) зигота, и половое поколение переходит в бесполое.

И бесполое, и половое поколения могут иметь как одинарный, так и двойной набор хромосом: в зависимости от того, на какой стадии жизненного цикла происходит мейоз. При мейозе число хромосом уменьшается вдвое и диплоидный их набор переходит в гаплоидный. Мейоз и оплодотворение — это две вехи, разделяющие гаплоидную и диплоидную фазы в цикле развития.

В процессе эволюции в цикле развития закономерно уменьшается роль (продолжительность существования и размеры) гаплоидной фазы и увеличивается роль диплоидной фазы.

20. Размножение организмов: чередование поколений в жизненных циклах цветковых и споровых растений.

Главные части цветка - тычинки и пестик. В пыльниках тычинок из одной диплоидной материнской клетки в результате мейоза образуются 4 гаплоидных микроспоры, каждая из них имеет оболочку и одно ядро. Такая микроспора дает начало пыльцевому зерну. Каждое пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками - внешней (экзина) и внутренней (интина). При делении пыльцевого зерна митозом формируются две клетки: маленькая генеративная и более крупная вегетативная. Позднее генеративная клетка в результате митоза образует две половые клетки - спермин.

Взрослая особь диплоидна. В жизненном цикле преобладает спорофит (С > Г).

Взрослое растение здесь является спорофитом, образующим макро - (женские) и микроспоры (мужские), которые развиваются соответственно в зародышевый мешок и зрелое пыльцевое зерно, являющиеся гаметофитами.

21. Размножение организмов: чередование поколений в жизненных циклах водорослей.

Чередование поколений — закономерная смена у организмов поколений, различающихся способом размножения.

Жизненный цикл включает совокупность всех этапов (фаз, стадий) развития индивидов, в результате прохождения которых из определенных особей или их зачатков возникают новые, сходные с ними особи и зачатки, дающие начало новому жизненному циклу. У одного и того же вида водорослей, имеющих половой процесс, в зависимости от времени года и внешних условий наблюдаются разные формы размножения (бесполое и половое), при этом происходит смена ядерных фаз (гаплоидной и диплоидной).

У водорослей в цикле. развития впервые возникло и закрепилось чередование полового и бесполого поколений, т. е. спорофита и гаметофита.

Соотношение диплоидной и гаплоидной фаз в жизненном цикле разных групп водорослей неодинаково. Существенно различаются и особенности поколений: диплоидного бесполого спорофита и гаплоидного полового гаметофита. Оба поколения могут быть одинаковы морфологически (изоморфная смена поколений) или же резко различимы по внешнему виду (гетероморфная смена поколений). Изоморфная смена поколений характерна для морских видов зеленых водорослей (ульва, кладофора) и большинства багрянок. Гетероморфная смена поколений особенно распространена среди бурых водорослей, но может встречаться и у зеленых водорослей и багрянок.

Циклы развития водорослей:

1 – гетероморфный цикл с нерегулярной сменой форм развития;

2 – гетероморфный цикл с регулярной сменой форм развития;

3 – изоморфный цикл с регулярной сменой форм развития;