для каких царств живой природы характерен фотосинтез
На какие царства принято разделять живые организмы? Названия, особенности, примеры и строение клеток
На нашей планете обитают миллионы видов живых организмов, но знаете ли вы, что они разделены на пять отдельных царств? Некоторые, например животные и растения, видны невооруженным глазом; но другие, такие как бактерии, можно увидеть только под микроскопом. Давайте углубимся в мир пяти царств живой природы и узнаем о них немного больше.
Никто не знает наверняка, когда, как и почему зародилась жизнь на Земле, но 2400 лет назад Аристотель заметил, что все биоразнообразие планеты имеет животное или растительное происхождение. Это первоначальное наблюдение греческого философа было расширено в XIX и XX веках за счет открытия новых царств, в результате чего мы достигли сегодня признания пяти (по некоторым оценкам шести или семи) царств, которые охватывают 8,7 миллиона видов, обитающих на Земле, согласно данным Организации Объединенных Наций по окружающей среде.
Что такое царство в биологии?
Система биологических царств – это способ, которым наука классифицирует живые организмы в соответствии с их происхождением в ходе эволюции. Это означает, что все виды, составляющие пять царств имеют общих предков и, следовательно, имеют общие гены и принадлежат к одному генеалогическому древу.
Помимо царств живых организмов, в рамках той же системы классификации существуют другие таксономические категории, такие как, например, домен, тип, класс, порядок, семейство, род и вид. Все они следуют иерархическому порядку и зависят друг от друга, поэтому некоторые категории включают другие. Таким образом, домен включает в себя царство, царство – тип, тип – класс и так далее.
Характеристики царств живых организмов
Все виды в определенном царстве имеют схожие характеристики с точки зрения их роста и способа функционирования. Теперь давайте посмотрим, откуда берутся семейные отношения, определяющие царства живой природы:
Царства живых организмов
Царство Животных
Царство животных считается наиболее развитым и делится на две большие группы – позвоночные и беспозвоночные. Животные является многоклеточными гетеротрофными эукариотами (клетки содержат ядра и мембраносвязанные органеллы) с аэробным дыханием, половым размножением и способностью двигаться.
Это царство – одно из самых разнообразных и включает в себя млекопитающих, рыб, птиц, рептилий, амфибий, насекомых, паукообразных, моллюсков, кольчатых червей и другие организмы.
Царство Растений
Деревья, кустарники, травы и другие виды растительности составляют часть царства Растения – одного из старейших, характеризующихся прикрепленным образом жизни, многоклеточной и эукариотической клеточной организацией.
Эти автотрофные организмы, клетки которых имеют плотную целлюлозную оболочку и хлорофилл, необходимы для жизни на Земле, поскольку они выделяют кислород посредством фотосинтеза. Что касается их способа размножения, то оно может быть как половым, так и бесполым.
Царство Грибов
Грибы важны для повторного использования питательных веществ в окружающей среде. Они разлагают органические вещества на простые элементы, которые могут усваивать растения и животные.
В то время как некоторые виды грибов содержат токсины, которые смертельны для животных и людей, другие имеют полезное применение, например, для производства пенициллина и связанных с ним антибиотиков.
Царство Бактерий
Это царство микроскопических живых существ, объединяющее прокариот (бактерий и архей). Эта группа присутствует во всех средах обитания и состоит из одноклеточных организмов без оформленного клеточного ядра и других внутренних мембранных органелл.
Большинство бактерий являются аэробными и гетеротрофными, тогда как археи обычно анаэробны, а их питание осуществляется посредством хемосинтеза.
Царство Протисты
Протисты – парафилетическая группа эукариотических организмов. Члены этого очень разнообразного царства, как правило, одноклеточные и менее сложные по строению, чем другие эукариоты. В поверхностном смысле эти организмы часто описываются на основе их сходства с другими группами эукариот: животными, растениями и грибами. Протисты не имеют много общих характеристик, но классифицируются вместе, потому что не вписываются ни в одно из других царств живой природы.
Разделение живых организмов на пять царств остается наиболее распространенным на сегодняшний день, хотя последние достижения в области генетических исследований предложили новые изменения и вновь открыли дискуссию среди экспертов. Так обстоит дело с шестым царством Карла Уэза и Джорджа Фокса, которые в 1977 году разделили бактерий на два царства (археи и бактерии), и седьмым царством Кавалье-Смита, который добавил новую группу к предыдущим шести для водорослей под названием Хромисты.
Что такое фотосинтез и почему он так важен для нашей планеты
Фотосинтез — один из самых важных биологических процессов на Земле. Благодаря фотосинтезу живые организмы получают кислород, необходимый для дыхания, а сами растения создают полезные органические вещества для своей жизнедеятельности. В этой статье мы поговорим о том, что обозначает фотосинтез, как он происходит и что образуется в процессе фотосинтеза.
Что такое фотосинтез
Фотосинтез — процесс, при котором в клетках, содержащих хлорофилл, под действием энергии света образуются органические вещества из неорганических. При фотосинтезе растение поглощает углекислый газ и воду, синтезирует органические вещества и выделяет кислород, как побочный продукт фотосинтеза.
Процессы фотосинтеза идут в тканях, содержащих хлоропласты, — преимущественно, в листе, на который приходится большая часть процессов фотосинтеза. Такая ткань называется хлоренхима, или мезофилл.
Строение хлоропластов
Чтобы понять, что происходит в растении при фотосинтезе, изучим подробнее хлоропласты. Хлоропласты — это особые пластиды растительных клеток, в которых происходит фотосинтез. Основные элементы структурной организации хлоропластов высших растений представлены на рис.1.
Хлоропласт — это двумембранный органоид. Внешняя мембрана проницаема для большинства органических и неорганических соединений. Она содержит специальные транспортные белки, благодаря которым нужные для работы хлоропласта пептиды и другие вещества попадают в него из цитоплазмы. Внутренняя мембрана обладает избирательной проницаемостью и способна контролировать, какие именно вещества попадут во внутреннее пространство хлоропласта.
Для хлоропластов характерна сложная система внутренних мембран, позволяющая пространственно организовать фотосинтетический аппарат, упорядочить и разделить реакции фотосинтеза, несовместимые между собой, и их продукты. Мембраны образуют тилакоиды, которые, в свою очередь, собираются в «стопки» — граны. Пространство внутри тилакоидов называется внутритилакоидным пространством, или люменом.
Внутреннее пространство хлоропласта между гранами заполняет строма — гидрофильный слабоструктурированный матрикс. В строме содержатся необходимые для реакций синтеза сахаров ферменты, а также рибосомы, кольцевая молекула ДНК, крахмальные зёрна.
Пигменты хлоропластов
Что происходит во время фотосинтеза? На молекулярном уровне фотосинтез обеспечивают особые вещества — пигменты, благодаря которым энергия солнечного света становится доступной для биологических систем. У фотосинтезирующих организмов можно выделить три основные группы пигментов:
В хлоропластах пигменты ассоциированы с белками с помощью ионных, водородных и других типов связей. Не стоит забывать, что у растений есть множество других пигментов, находящихся не в хлоропластах и не принимающих участие в фотосинтезе — например, антоцианы.
Хлорофилл
Хлорофиллы выполняют функции поглощения, преобразования и транспорта энергии света. Лучше всего хлорофиллы поглощают свет в синей (430—460 нм) и красной (650—700 нм) областях спектра. Зелёную область спектра хлорофиллы эффективно отражают, что придаёт растению зелёный цвет.
Интересно, что строение молекулы хлорофилла схоже со строением гемоглобина, но центром молекулы хлорофилла является ион магния, а не железа.
Основными хлорофиллами высших растений являются хлорофилл a и хлорофилл b, они входят в состав реакционных центров фотосистем и светособирающих комплексов мембран тилакоидов хлоропластов. Светособирающие комплексы улавливают кванты света и передают энергию к фотосистемам I и II. Фотосистемы — это пигмент-белковые комплексы, играющие ключевую роль в световой фазе фотосинтеза.
Каротиноиды
Каротиноиды — это жёлтые, оранжевые или красные пигменты. В зелёных листьях каротиноиды обычно незаметны из-за наличия в листьях хлорофилла. При разрушении хлорофилла осенью именно каротиноиды придают листьям характерную жёлто-оранжевую окраску.
Каротиноиды химически представляют собой 40-углеродную цепь с двумя углеродными кольцами по краям цепи. В строении ксантофиллов, в отличие от каротинов, присутствуют спиртовые, эфирные или альдегидные группы.
Учите биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду BIO72021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 7 класса, в котором изучается тема фотосинтеза.
Что происходит в процессе фотосинтеза
Как уже было сказано ранее, в ходе фотосинтеза в хлоропластах под действием солнечного света образуются органические вещества.
Процесс фотосинтеза можно разделить на две фазы:
В ходе световой фазы фотосинтеза образуется энергия в виде АТФ и универсальный донор атома водорода — восстановитель НАДФН (НАДФ·Н2). Эти вещества необходимы для протекания темновой фазы. Также образуется побочный продукт — кислород. Световая фаза может проходить только на мембранах тилакоидов и на свету.
Благодаря сложному биохимическому процессу — циклу Кальвина — в темновую фазу фотосинтеза образуются органические вещества (сахара). Темновая фаза проходит в строме хлоропластов и на свету, и в темноте. Темновые ферментативные процессы протекают медленнее, чем световые, поэтому при очень ярком освещении скорость протекания фотосинтеза будет полностью определяться скоростью темновой фазы. Схемы процессов фотосинтеза представлены на рис.2. Подробное описание процессов смотри далее.
Световая фаза фотосинтеза
Чтобы лучше понять, что происходит во время фотосинтеза, разберём фазы фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза включает в себя фотохимические и фотофизические процессы, и может быть поделена на три этапа:
Для того чтобы понять, что происходит во время фазы фотосинтеза, рассмотрим эти процессы подробнее. Кванты света улавливаются светособирающими комплексами фотосистемы I — молекула хлорофилла в составе светособирающего комплекса переходит в возбуждённое состояние, и энергия передаётся в реакционный центр фотосистемы I. Происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I, отщепляется электрон. Пройдя по цепочке внутренних компонентов фотосистемы I и внешних переносчиков, электрон в конце концов попадает к НАДФ+ — образуется восстановитель НАДФН. Получается, что хлорофилл фотосистемы I отдал электрон и приобрёл положительный заряд, и для дальнейшего функционирования необходимо восстановить нейтральность молекулы, получить электрон, чтобы закрыть «дырку». Этот электрон приходит от фотосистемы II.
На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света — происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, молекула хлорофилла отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет благодаря фотолизу воды, при этом образуется протоны H+, а также важный побочный продукт фотосинтеза — кислород. По цепи переносчиков электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу реакционного центра фотосистемы I и восстанавливает его. Теперь этот хлорофилл может снова поглощать энергию кванта света и отдавать электрон в электрон-транспортную цепь.
Протоны, попадающие во внутритилакоидное пространство, используются для синтеза АТФ. С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Под градиентом понимают неравномерное распределение: во внутритилакоидном пространстве H+ больше, в строме — меньше. Поэтому частицы стремятся проникнуть в строму, переходят в неё через АТФ-синтазу, а в процессе пути сквозь белковый комплекс отдают ему часть энергии, которая и используется для синтеза АТФ.
Темновая фаза фотосинтеза
Что образуется при фотосинтезе в темновую фазу? В строме хлоропластов с помощью энергии АТФ и восстановителя НАДФН, полученных в световую фазу, образуются простые сахара, из которых в ходе других процессов образуется крахмал. Ферментативные процессы не нуждаются в наличии света. Важнейший процесс, происходящий в темновую фазу фотосинтеза, — фиксация углекислого газа воздуха. Синтез и превращения сахаров в хлоропластах имеют циклический характер и носят название цикл Кальвина.
В нём можно выделить три этапа:
В строме хлоропластов находится производное простого пятиуглеродного сахара рибозы. С помощью особого фермента (Рубиско) к производному рибозы присоединяется CO2 (реакция карбоксилирования) — образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое быстро распадается на две трехуглеродные молекулы. Дальше, с затратой АТФ и НАДФН, полученных в ходе световых процессов, трехуглеродное соединение модифицируется — образуется восстановленное соединение с атомом фосфора и альдегидной группой в составе. Теперь перед клеткой стоит проблема: необходимо получить шестиуглеродное соединение — глюкозу для синтеза крахмала, а также пятиуглеродное — производное рибозы для того, чтобы эти процессы могли начаться заново. Для решения этих проблем в фазу регенерации из полученных ранее трехуглеродных соединений под действием ферментов образуются четырёх-, пяти-, шести- и семиуглеродные сахара. Из шестиуглеродной молекулы образуется глюкоза, из которой синтезируется крахмал. Из пятиуглеродной молекулы образуется производное рибозы и цикл замыкается. Остальные сахара также используются клеткой в других биохимических процессах.
Отдельно стоит сказать про крайне важный фермент первой фазы цикла Кальвина — рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилазу (Рубиско). Это сложный фермент, состоящий из 16 субъединиц, с молекулярной массой в 8 раз больше, чем у гемоглобина. Является одним из важнейших ферментов в природе, поскольку играет центральную роль в основном механизме поступления неорганического углерода (из CO2) в биологический круговорот. Содержание Рубиско в листьях растений очень велико, он считается самым распространённым ферментом на Земле.
Значение фотосинтеза
В процессе фотосинтеза энергия света заключается в энергию химических связей органических веществ. Поэтому фотосинтез служит первичным источником почти всей энергии, используемой живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Практически все живые организмы, за исключением хемосинтетиков, так или иначе пользуются теми продуктами, что выделяются при фотосинтезе.
За счёт фотосинтеза сформировалась и поддерживается пригодная для дыхания атмосфера с высоким содержанием кислорода.
Фиксация углекислого газа в ходе фотосинтеза служит главным местом входа неорганического углерода в биогеохимический цикл. Также ассимиляция CO2 препятствует перегреву Земли, предотвращая парниковый эффект.
Заключение
Каждый год на нашей планете благодаря фотосинтезу производится около 200 миллиардов тонн кислорода, из которого образуется озоновый слой, защищающий от ультрафиолетовой радиации. Фотосинтез помогает поддерживать состав атмосферы и препятствует увеличению количества углекислого газа. Без растений и кислорода, который они выделяют в процессе фотосинтеза, жизнь на нашей планете была бы просто невозможна.
Признаки и особенности всех царств живой природы
Традиционно все живые организмы подразделяются на три домена (надцарства) и шесть царств, однако в некоторых источниках может быть указана другая система классификации.
Организмы помещаются в царства на основе сходства или общих характеристик. Некоторые из признаков, которые используются для определения царства включают: тип клетки, получение питательных веществ и размножение. Двумя основными типами клеток являются прокариотические и эукариотические клетки.
Обычные способы получения питательных веществ включают фотосинтез, абсорбцию и проглатывание. Типы размножения включают бесполое и половое размножение.
Ниже приведен список шести царств жизни и краткая характеристика организмов, состоящих в них
Царство Археи
Первоначально эти прокариоты с одной клеткой считались бактериями. Они находятся в Домене Археи и имеют уникальный тип рибосомальной РНК. Состав клеточных стенок этих организмов позволяет им жить в очень сложных условиях, включая горячие источники и гидротермальные отверстия.
Примечание: в некоторых случаях археи относят к Царству Бактерий, однако большинство ученых выделяют их в отдельное Царство. Фактически данные анализа ДНК и РНК показывают, что археи и бактерии настолько различные, что их нельзя совмещать в одно Царство.
Царство Бактерии
Эти организмы считаются настоящими бактериями и классифицируются под доменом бактерий. Хотя большинство бактерий не вызывают заболевания, некоторые могут спровоцировать серьезные болезни. При оптимальных условиях они размножаются с угрожающей скоростью. Большинство бактерий размножается бинарным делением.
Царство Протисты
Царство Грибы
Грибы включают как одноклеточные (дрожжи и плесени), так и многоклеточные (грибы) организмы. Они являются разлагающими организмами и получают питательные вещества через поглощение.
Царство Растения
Растения чрезвычайно важны для всей жизни на Земле, поскольку они выделяют кислород, и обеспечивают других живых организмов кровом, продуктами питания и т.п. Эта разнообразная группа содержит сосудистые или бессосудистые растения, цветковые или нецветковые растения, и др.
Царство Животные
В это Царство входят все животные организмы. Эти многоклеточные эукариоты зависят от растений и других организмов для поддержания жизнедеятельности. Большинство животных обитают в водных средах и варьируются от крошечных тихоходок до чрезвычайно больших голубых китов.
Примечание: вирусы не принадлежат к вышеупомянутым 6 царствам жизни. Они намного меньше и менее сложные, чем клетки. Это макромолекулярные единицы, состоящие из ДНК или РНК, окруженные внешней оболочкой белка. У них нет связанных с мембраной органелл, нет рибосом, цитоплазмы, а также отсутствует источник собственного производства энергии. Вирусы не имеют клеточного дыхания, газообмена и т.д. Подобно паразитам, они способны размножаться только в живых клетках.
Царства живой природы
Всего получено оценок: 2288.
Всего получено оценок: 2288.
Природа нашей планеты богата и разнообразна. Чтобы систематизировать её, все живые организмы условно распределили на царства. В данной статье вы узнаете, сколько царств живой природы существует на Земле, познакомитесь с отличительными признаками всего живого.
Царства живой природы
Изначально все живые организмы делятся на две империи: клеточные (состоят из клеток) и неклеточные (вирусы).
Вирусы не имеют собственного обмена веществ, они не могут самостоятельно синтезировать белок. При инфицировании они используют материалы и энергию клеток хозяина для строительства собственных белков и копирования своего генома.
По своей структуре данные паразитические формы состоят из молекул ДНК или РНК, покрытые капсидом (оболочкой из вирусных белков).
Рис. 1. Вирусы.
Организмы, состоящие из клеток, подразделяются на четыре царства:
Строение растительной клетки сложнее, чем у бактерий. Здесь имеется плотная клеточная стенка, в состав которой входит целлюлоза. Внутри цитоплазмы содержатся органеллы, каждая из которых выполняет определённые функции (синтез белка, накапливание питательных веществ и т.д.). Ещё одной отличительной чертой растительной клетки является наличие вакуоли – ёмкость, где сохраняются питательные вещества, либо ненужные продукты обмена веществ.
которые читают вместе с этой
Отличительные признаки живой природы
К отличительным признакам живых организмов относят:
Что мы узнали?
Фотосинтез
Типы питания
Фотосинтез
Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.
В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического»
Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.
Светозависимая фаза (световая)
Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.
Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):
Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).
При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:
Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2 в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.
Светонезависимая (темновая) фаза
При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.
Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.
Значение фотосинтеза
Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.
Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.
Значение хемосинтеза
Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.
Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.