§ 9. Как живые организмы запасают энергию Солнца

Определения и обозначения

Фотосинтез — образование растениями органических веществ из воды и углекислого газа с использованием энергии света. Процесс идёт главным образом в зелёных частях растения. Благодаря ему растение получает питательные вещества и запасает энергию Солнца.

Хлорофилл — зелёное вещество клеток растений, поглощающее энергию солнечного света. Он находится в особых частицах зелёных клеток. Хлорофилл нужен, чтобы световая энергия могла использоваться для фотосинтеза.

Органические вещества — вещества, образованные живыми организмами и содержащие запасённую химическую энергию. К ним относятся глюкоза, крахмал, жиры и многие другие соединения. Они не только строят тело организма, но и служат его запасом энергии.

Клеточное дыхание — высвобождение энергии из органических веществ в клетках. При этом запасённые вещества расщепляются, чаще всего с участием кислорода. Полученная энергия используется для движения, роста, восстановления и других жизненных процессов.

Как это устроено

Растения называют главными «собирателями» солнечной энергии, потому что только они и некоторые другие организмы способны создавать органические вещества из неорганических. Для этого в зелёных клетках работает хлорофилл, поглощающий свет. Животные не могут использовать солнечный свет таким способом, поэтому зависят от растений прямо или через пищевые цепи.

При фотосинтезе растение получает воду корнями, а углекислый газ — из воздуха через листья. Свет даёт энергию для перестройки этих исходных веществ: образуются органические вещества, например глюкоза. Кислород возникает как побочный продукт и выделяется в окружающую среду, поэтому фотосинтез поддерживает состав воздуха.

Свет нельзя просто положить в клетку и хранить там как вещество. Поэтому его энергия переводится в химическую форму — энергию связей между атомами органических веществ. Пока эти вещества сохраняются, энергия остаётся запасённой и может быть освобождена позднее при клеточном дыхании.

Образовавшаяся глюкоза нужна растению не только сразу, поэтому из неё создаются крахмал, жиры и другие соединения. Крахмал удобно откладывать в семенах и клубнях, жиры особенно важны для семян, а другие вещества входят в состав клеток. Так запасы появляются в плодах, корнях, луковицах и других органах.

Животные получают запасённую растениями энергию, поедая растения или других животных. Часть питательных веществ временно откладывается в их организме, а затем расщепляется в клетках. При клеточном дыхании энергия становится доступной, но не вся она сохраняется: значительная доля превращается в тепло.

Запасание и использование энергии Солнца в живой природе

Таблицу удобно читать слева направо: сначала выясните, какие вещества поступают, затем проследите результат процесса. Столбец о запасённой энергии показывает, где она сохраняется или куда направляется. Сравнивая строки, можно увидеть путь энергии от света до жизнедеятельности организма.

Разбор задач

Задача 1. Определение процесса по схеме

Дана схема: «углекислый газ + вода — свет — органическое вещество + кислород». Нужно определить процесс и назвать источник энергии. Важно сначала сравнить исходные вещества и продукты, а уже потом определить роль света.

1. Углекислый газ и вода являются исходными веществами фотосинтеза.
2. Образование органического вещества и выделение кислорода совпадают с результатами фотосинтеза.
3. Слово «свет» указывает на источник энергии, который улавливает хлорофилл.

Ответ: на схеме показан фотосинтез. Источник энергии — солнечный свет.

Задача 2. Запасы до появления листьев

Нужно объяснить, почему семена, клубни картофеля и луковицы могут обеспечивать растение энергией до появления зелёных листьев. В этих органах заранее накоплены органические вещества. Требуется связать запас с дыханием и ростом растения.

1. В семени, клубне или луковице находятся крахмал, жиры и другие органические вещества.
2. Пока зелёных листьев нет, фотосинтез ещё не даёт достаточно новых запасов.
3. При клеточном дыхании запасные вещества расщепляются, и выделенная энергия используется для роста корней и побега.

Ответ: такие органы работают как запас пищи и энергии. Их вещества поддерживают растение до начала активного фотосинтеза.

Задача 3. Переход энергии по пищевой цепи

Нужно составить цепочку для системы «Солнце — трава — заяц — лиса» и объяснить уменьшение доступной энергии. Сначала определим, кто получает энергию непосредственно от предыдущего звена. Затем учтём расходы каждого организма.

1. Солнце даёт световую энергию траве.
2. Трава запасает её в органических веществах, заяц получает часть этого запаса с пищей.
3. Лиса получает энергию, поедая зайца, но до неё доходит только часть энергии, накопленной травой.

Ответ: цепочка выглядит так: Солнце → трава → заяц → лиса. На каждом звене энергия расходуется на дыхание, движение, рост и рассеивается в виде тепла, поэтому её доступный запас уменьшается.

Типичные ошибки

Растения получают готовую пищу из почвы. Ошибка возникает из-за того, что корни действительно поглощают вещества из почвы. Но почва поставляет воду и минеральные вещества, а органические вещества растение создаёт само; проверить себя можно, спросив, где происходит фотосинтез.

Фотосинтез и дыхание — одно и то же. Их путают, потому что оба процесса связаны с веществами и энергией. При фотосинтезе энергия запасается, а при дыхании высвобождается; проверка проста: определите, запас создаётся или расходуется.

Растения только выделяют кислород. На свету при фотосинтезе кислород действительно выделяется, но клеткам растения он нужен для дыхания. Помните о двух процессах: растение может одновременно фотосинтезировать и дышать.

Вся энергия переходит к следующему организму. Такое представление появляется, если не учитывать работу клеток. Часть энергии расходуется самим организмом и рассеивается как тепло, поэтому в следующем звене остаётся лишь часть запаса.

Связь с другими темами

До изучения темы полезно знать строение растения и роль листа, а также свойства света, воздуха и воды. Это помогает понять, где проходит фотосинтез и какие условия ему необходимы.

Тема связана с пищевыми цепями и экосистемами: энергия переходит от растений к растительноядным животным, а затем к хищникам. На каждом переходе её становится меньше.

Дальше эти знания пригодятся при изучении круговорота веществ, обмена веществ и охраны растений. Растения образуют основу жизни большинства экосистем.

Что запомнить

• Главный источник энергии для большинства живых организмов — Солнце.
• Растения запасают солнечную энергию в органических веществах.
• Фотосинтез происходит в зелёных частях растения при наличии света.
• Для фотосинтеза нужны вода и углекислый газ, а побочным продуктом является кислород.
• Крахмал, жиры и другие органические вещества служат запасами энергии.
• При клеточном дыхании энергия органических веществ становится доступной для жизнедеятельности.
• По пищевым цепям передаётся не вся энергия: часть расходуется и рассеивается.