66.Что является источником Негэнтропии?

Негэнтропия – впервые понятие «отрицательной энтропии» предложил в 1943 году австралийский физик Эрвин Шредингер в популярной книге «Что такое жизнь?». В ней он пытался продолжить идеи своего коллеги Нильса Бора о глубокой связи физических и философских законов, согласно которым сформулированный Бором принцип дополнительности мог объединить общечеловеческие знания до простого понимания единства мира.

Эрвин Шредингер объясняет, как живая система экспортирует энтропию, чтобы поддержать свою собственную энтропию на низком уровне. При помощи термина негэнтропия. Он мог выразить свою идею кратко: живая система импортирует негэнтропию для самосохранения.

В простом понимании, энтропия – хаос, саморазрушение и саморазложение. Соответственное, негэнтропия – движение к упорядочиванию, к организации системы. По отношению к живым системам: для того, чтобы не погибнуть, живая система борется с окружающим хаосом путем организации и упорядочивания последнего, то есть, импортируя негэнтропию. Таким образом, объясняется поведение самоорганизующихся систем.

67.Автотрофы (др.-греч — пища) — организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов.

Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом почти всегда источником углерода является углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.

Гетеротрофы (др.-греч.— «иной», «различный» и — «пища») — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, т. е. произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. По способу получения пищи делятся на две противопостовляемых группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многие протисты, грибы, растения).

Растения-гетеротрофы полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются, прорастая в тело растения-хозяина.

К животным-гетеротрофам относятся все простейшие, не способные синтезировать органические вещества фото- или хемосинтезом. Однако существуют животные, способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).

Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов, обладающих переходной формой питания — миксотрофией, либо использующие наиболее удобный в данных условиях тип питания.

68. Метаболи́зм (от греч. - «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. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;

позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии

69. Фотосинтез – образование высшими растениями сложных органических веществ из простых соединений – углекислого газа и воды – за счет энергии, поглощаемой хлорофиллом. Создаваемые в процессе органические вещества необходимы растениям для построения их органов и поддержания жизнедеятельности.

Исходные вещества для фотосинтеза - углекислый газ, поступающий в листья из воздуха. И вода – представляют собой продукты полного окисления углерода(СО2)и водорода (Н2О). В образуемых при фотосинтезе органических веществах углерод в восстановленном состоянии. При фотосинтезе система СО2 – Н2О, состоящая из окисленных веществ и находящаяся на низком энергетическом уровне, восстанавливается в менее устойчивую форму СН2О-О2, находящуюся на более высоком энергетическом уровне.

Из уравнения видно, что на получение одной грамм-молекулы глюкозы (С6НО6) расходуется световая энергия в количестве 2872.14 кДж, которая запасается в виде химической энергии. При этом в атмосферу выделяется свободный кислород.

70. Главными исходными соединениями для синтеза сложных молекул служат вода и углекислый газ. Именно из них под действием солнечного света в зеленых клетках растений образуются сложные органические соединения, обладающие запасом химической энергии.   Первая стадия образования органических веществ из неорганических под действием света носит название фотосинтеза и в самом элементарном виде выражается схемой:

СO₂ + H₂O → Питательные вещества (углеводы) + O₂

Понятие «фотосинтез» — это целая цепь реакций от поглощения исходных реагентов и световой энергий до образования органических веществ. Эта цепь длинная и сложная. Мы не стремимся описать полностью процесс фотосинтеза, дадим лишь упрощенное представление об основных этапах этого сложного процесса и внешних условиях, влияющих на ход реакций

71?Основным источником энергии для клетки являются питательные вещества: углеводы, жиры и белки, которые окисляются с помощью кисло рода. Практически все углеводы, прежде чем достичь клеток организма, благодаря работе желудочно-кишечного тракта и печени превращаются в глюкозу. Наряду с углеводами расщепляются также белки — до аминокислот и липиды — до жирных кислот. В клетке питательные вещества окисляются под действием кислорода и при участии ферментов, контролирующих реакции высвобождения энергии и ее утилизацию.

Почти все окислительные реакции происходят в митохондриях, а высвоболедаемая энергия запасается в виде макроэргического соединения — АТФ. В дальнейшем для обеспечения внутриклеточных метаболических процессов энергией используется именно АТФ, а не питательные вещества.

72. Благодаря круговоротам веществ конечное количество вещества, имеющееся в биосфере, приобретает свойство бесконечности.

Глобальный круговорот веществ складывается из отдельных круговоротов (воды, химических элементов), к которым подключаются грандиозные перемещения воздушных масс, тектонические процессы, обусловленные вулканической деятельностью и движением океанических плит.

Круговорот веществ возможен только на основе постоянного притока солнечной энергии и осуществляется при участии живого вещества. Поступая в организмы из окружающей среды, различные элементы вовлекаются в процессы клеточного метаболизма, затем возвращаются в среду и вновь используются организмами. Благодаря этому биосфера функционирует как целостная, саморегулирующаяся, сохраняющая постоянство система.

Основными элементами глобального круговорота являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Круговороты этих и других элементов называют биогеохимическими циклами. В ходе таких циклов большинство элементов проходят через живое вещество огромное число раз.

Круговороты различных элементов имеют разную скорость. Например, весь кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2.000 лет, а вода - за 2.000.000 лет.

Круговорот углерода. Углерод входит в состав углекислого газа, который содержится в воздухе и воде. Фактически круговорот углерода идет по двум циклам - континентальному и океаническому. Объединение между этими циклами происходит через углекислый газ атмосферы.

В естественных циклах баланс углерода нулевой. Однако деятельность человека приводит к тому, что содержание углекислого газа в атмосфере ежегодно повышается (  на 3 млрд. т), возникает парниковый эффект - чрезмерное поглощение воздухом теплового излучения Земли.

Биохимические циклы:

Химические элементы циркулируют в биосфере характерными путями из внешней среды в организм и снова во внешнюю среду. Процессы движения химических элементов, которые происходят с участием живого вещества, называются биогеохимическими циклами. Движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений можно назвать круговоротом элементов питания.

Круговорот углерода в природе

Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Второй его источник - выделение по трещинам земной коры из осадочных пород благодаря химическим процессам. С увеличением содержания СО₂ в атмосфере связана глобальная экологическая проблема - потепление климата.

Круговорот воды в природе

Часть этого круговорота осуществляется за счет энергии Солнца, в других частях круговорота энергия освобождается и может быть использована экосистемами и гидроэлектростанциями. Около трети энергии Солнца, поступающей к Земле, затрачивается на круговорот воды. Интересны два аспекта круговорота воды:

• Море теряет из-за испарения больше воды, чем получает с осадками, на суше ситуация противоположная. В некоторых районах планеты 90% осадков приносится с моря (долина Миссисипи).

• В результате деятельности человека сток увеличивается, а пополнение фонда грунтовой воды сокращается. Вода в некоторых районах становится, как и нефть, невосстанавливающимся ресурсом.

Круговорот кислорода в природе

Атмосферный кислород накоплен за счет фотосинтеза. Единственный источник абиогенного поступления свободного кислорода - фотолиз воды в верхних слоях атмосферы. В природе существует два фундаментальных процесса, противоположных друг другу, - это фотосинтез у растений и дыхание. Количество молекул O₂, которые выделяют зеленые растения, пропорционально количеству связывающихся молекул СО₂. Кислород, выделяющийся во время фотосинтеза, идет на дыхание живых существ и на окисление углерода при минерализации органических соединений.

73. Первоисточником энергетического потока, проходяще­го сквозь все пищевые цепочки в биосфере, служит энер­гия солнечного электромагнитного излучения, попадающая на поверхность Земли в видимом диапазоне (свет). Финалом преобразований в пищевых цепочках является освобождение энергии в виде тепла при переработке микробами органичес­ких остатков. Вся высвободившаяся в процессе жизнедеятель­ности в биосфере энергия возвращается поверхностью Земли в мировое пространство главным образом в виде электромаг­нитного излучения инфракрасного диапазона

74. Переход от неживой материи к живой произошел, по-видимому после того, как на базе предшественников возникли и развились зачатки двух основополагающих жизненных систем: системы обмена веществ и системы воспроизведения материальных основ живой клетки.

Назначение обмена веществ – поддерживать равновесное состояние живого организма. Такая довольно сложная задача решается путем отбора веществ, из которых синтезируются нужные организму соединения. С другой стороны, эта система выводит из организма все то, что не может быть им усвоено или что появляется как шлак от процессов жизнедеятельности. Система обмена обеспечивает взаимосогласованные в высшей степени биохимические реакции синтеза и расщепления белков.

Система воспроизведения содержит в закодированном виде полную информацию для построения из запасенного клеткой органического вещества нужного в данный момент белка. Она же управляет механизмом извлечения и реализации программной информации. Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством полимерных соединений – полинуклеотидов. Здесь ключевая роль принадлежит дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК). ДНК хранит генетическую информацию, а РНК воспроизводит ее и переносит в среду, содержащую необходимые для синтеза белка исходные вещества.