Как растения аккумулируют солнечную энергию

Растения собирают и хранят энергию солнца

Зеленые растения собирают солнечную энергию. И этой энергией, как мы видим, пользуются остальные организмы, населяющие Землю.

Клетки зеленых растений и листьев богаты красящим веществом — хлорофиллом. Это очень сложное соединение; оно по своему химическому составу в некоторых отношениях напоминает красящее вещество крови — гемоглобин. Под влиянием хлорофилла из углекислоты воздуха и воды образуются частицы богатого энергией виноградного сахара, — его иначе называют глюкозой.

При образовании сахара и подобных ему веществ поглощается много лучистой солнечной энергии. При окислении сахара вся эта скрытая энергия, как мы уже говорили, освобождается в виде тепла или (у животных) в виде механической энергии.

Образовавшиеся с помощью хлорофилла вещества переносятся с растительными соками в другие клетки. Там некоторое количество богатых энергией веществ окисляется. Освободившаяся энергия идет на образование новых веществ. Эти вещества также являются носителями энергии.

К числу вновь образовавшихся веществ относятся жиры и белки.

Белки — это чрезвычайно сложные органические соединения. Кроме углерода, водорода и кислорода, они содержат еще и азот. В дальнейшем мы узнаем, откуда растение берет азот. В некоторых белках, кроме того, содержатся еще сера и фосфор.

Таким образом, клетки зеленых растений строят соединения, богатые энергией. Часть энергии используется самим растением для собственных нужд, а другая часть откладывается прозапас. Особенно много запасов в семенах. Этими запасами пользуются молодые прорастающие растения. Примером энергетического запаса в растении может служить все тот же крахмал, составляющий главную массу вещества в зернах многих злаков, например пшеницы и ржи. В других случаях главным энергетическим запасом являются жиры — их обычно называют растительными маслами.

Но растения сами никогда не используют всю поглощенную ими солнечную энергию. Потребителями большей части этой энергии являются другие существа, населяющие Землю, в том числе и человек.

Источник

Фотосинтез. Тайна накопления солнечной энергии в живом зелёном листе.

Все, конечно, читали про путешествия Гулливера? Однако немногие, наверное, помнят, что, кроме странствий в страну лилипутов и страну великанов, давным-давно, ещё в 1726 году, английский писатель Джонатан Свифт описал и путешествие своего героя на летающий остров Лапуту. Здесь-то Гулливер и встретился с человеком, который восемь лет «разрабатывал проект извлечения солнечной энергии из огурцов».

И уж совсем мало кому известно, что подобный человек жил на свете! То был великий русский учёный К.А. Тимирязев. Свою лекцию в Лондонском королевском обществе он начал так:

«Для первого знакомства я должен откровенно признаться, что перед вами именно такой чудак. Более тридцати пяти лет провёл я, уставившись если не на зелёный огурец, то на нечто вполне разнозначащее — на зелёный лист в стеклянной трубке, ломая себе голову над разрешением вопроса о запасании впрок солнечных лучей…»

Тимирязев — и это научный подвиг! — приоткрыл завесу над тайной накопления солнечной энергии в живом зелёном листе — тайной фотосинтеза. Он показал, что под действием света негорючие вещества (такие, как вода) превращаются в растениях в топливо (водород и кислород), а несъедобные элементы почвы и воздуха становятся продуктами питания — белками и углеводами.

То, что делают растения, захотели повторить и люди. Более двух столетий физики, химики, биологи пытаются разгадать механизм фотосинтеза. Было много открытий, но ещё больше ошибок и разочарований…

Не столь давно в Институте химической физики учёные под руководством профессора А.Е. Шилова нашли раствор, содержащий соли ванадия, который может при освещении выделять водород. Ну и что из этого? Многое. Но сначала давайте припомним, что в зелёном листе во время процессов фотосинтеза обычная вода под действием света разлагается на составляющие её элементы — водород и кислород. И всё это шито-крыто, незаметно, без тех многомиллионных киловатт электроэнергии, которые потребляют промышленные установки.

Это-то и не давало покоя учёным. И вскоре в той же лаборатории нашли раствор, с помощью которого можно «вытягивать» из воды кислород. Это оказалась… обыкновенная марганцовка! Чтобы процесс шёл более-менее устойчиво, к раствору марганца лишь добавили редкий металл — рутений.

Итак, водород и кислород из воды получены. Загадка зелёного листа разгадана? Не тут-то было! Во-первых, чтобы заставить ванадиевый раствор выделять водород, его, этот раствор, пришлось освещать не обычным светом, а ультрафиолетовым — тем самым, что вы видите при электросварке. Во-вторых, при выделении кислорода зелёные листья обходятся без всякого рутения. А в-третьих, реакции получения водорода и кислорода идут в природной лаборатории слитно, а тут пришлось отыскивать два разных раствора, проводить разные реакции…

А уж про собственную ГЭС зелёного листа и говорить не приходится. Нет в распоряжении людей энергетических элементов столь маленьких и столь надёжных.

Так что специалистам снова пришлось засучить рукава. В конце концов стало понятно, как работает «батарейка» зелёного растения. «Всё дело в биологических мембранах — тончайших плёночках, отделяющих одну часть листа от другой», — полагают учёные.

Мембрана, словно регулировщик на перекрёстке, направляет электроны — крошечные частицы электричества — в строго определённом направлении. А движение электронов в одном направлении и есть электрический ток. Чтобы получать его, люди построили целые каскады электростанций. И они, конечно, пока палочки-выручалочки, но ведь сколь дороги и громоздки! Природа же разместила свою электростанцию, напомним, в маленьком трепетном листочке. А толщина самой мембраны, отвечающей за преобразование энергии света в энергию электрических зарядов, и вовсе… лишь миллионная доля сантиметра! Как же работать с такими крохами? Как понять их устройство.

И всё-таки учёные разобрались: в зелёном листе за перенос электрического заряда отвечают хлоропласты — частицы живых клеток, содержащие в своём составе хлорофилл (вещество, которое и красит листья в зелёный цвет). Однако использовать его в промышленности пока невозможно — ведь листья в природе живут обычно всего 3-4 месяца. Создавать установку, которая бы работала на хлорофилле лишь от весны до осени, бессмысленно. Что делать?

Ответ, кажется, знают в одной из лабораторий Московского физико-технического института. Здесь под руководством профессора Э.М. Трухана ищут искусственные аналоги природных хлоропластов. Один такой родственник найден. Основой для его получения послужила… окись цинка! Иначе говоря, обыкновенные цинковые белила — белая краска, которой папа подновляет подоконники и двери при ремонте квартиры.

… Вот так, шаг за шагом, раскрываются вековые тайны природы, сбываются давние мечты учёных. Один из них, физик-ядерщик Ф. Жолио-Кюри, человек, очень много сделавший для раскрытия секретов атома, говорил: «Хотя я верю в будущее атомной энергии и убеждён в важности этого изобретения, однако я считаю, что настоящий переворот в энергетике наступит только тогда, когда мы сможем осуществлять массовый синтез, аналогичный хлорофиллу или даже более высокого качества…» И осуществят такой переворот люди, до конца познавшие тайны зелёного листа. Это же знание поможет и накормить нас всех досыта. Ведь зелёные листья умеют добывать питательные вещества почти что из ничего — из почвы и воздуха. Но об этом — другая история.

Источник

Фотосинтез в образах

Обзор

Автор

Редакторы

Темы

Видео на конкурс «био/мол/текст»: Много ли мы знаем про тех, кому обязаны жизнью на Земле?! Почему им так хочется занимать лучшее место под солнцем? Что происходит в недрах этих зеленых, бордовых, коричневых безмолвных существ?

Конкурс «био/мол/текст»-2018

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «био/мол/текст»-2018.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.

Поговорим о таком загадочном и важным процессе, как фотосинтез.

Литература

1. Комов В.П. и Шведова В.Н. Биохимия. М.: «Дрофа», 2004. — 640 с.;
2. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И., Захарова Е.Т. Общая биология. М.: «Дрофа», 2018. — 352 с.;
3. Кто на самом деле крутит углеродное колесо;
4. Волонтер фотосинтеза;
5. Биофотовольтаика. По-настоящему зелёная энергия;
6. Союз листа и металла: искусственный фотосинтез.

Источник