Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Дыхание - это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде органических веществ, пере­дается на универсальную энергонесущую молекулу аде-нозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18710³Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы ввиде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее повышению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные хими­ческие реакции таким образом, Что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости.

У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, тем или иным путем сохраня­ется, и поэтому температура их тела, как правило, выше темпе­ратуры окружающей среды. У растений скорость дыхания неве­лика, поэтому выделяемая теплота обычно не накапливается и не влияет на температуру растений.

Дыхание может происходить в аэробных (в присутствии кис­лорода) и в анаэробных (бескислородных) условиях.

Аэробное дыхание - процесс, обратный нормальному фото­синтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С₆Н₁₂0₆) вновь разлагается с образованием С0₂и Н₂0 и высвобождени­ем потенциальной энергииQ , аккумулированной в этом веще­стве. Акцептором электронов является кислород:

С₆Н₁₂0₆+ 60₂-> 6С0₂+ 6Н₂0 +Q₁ при этомQ_} = Q_пот= 686 ккал/моль.

В отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате незавершенного дыхания образуются органические вещества, содержащие некоторое количество энергии, которая может быть использована другими организмами.

Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а дру­гое вещество, например, уксусная кислота:

С₆Н₁₂0₆+ СН₃СООН -> 4С0₂+ 4СН₄+О₂

При этом Q, < О^, а выделяющийся метан обладает некоторым запасом энергии с/, и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе: СН₄+ 20₂-> СО₂+ 2Н₂0 +q₁

Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

Брожение - это анаэробное дыхание, при котором органичес­кое вещество само служит и донором, и акцептором электронов: С₆Н₁₂0₆-> 2С₂Н₅ОН + 2С0₂+Q₃

При этом О_э < С?_пот, а образующийся спирт также содержит некоторое количество энергииq_v которая может быть исполь­зована другими организмами:

C₂H₅ОН + 30₂-» 2С0₂+ ЗН₂0 +q₂.

Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество С0₂и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они - важный, а иногда даже необходимый, процесс в экосистемах с такими физическими условиями, при которых микроорганизмы не успе­вают разлагать образующиеся органические остатки. Но оконча­тельное разложение отмерших растений и животных осуществляет­ся гетеротрофными микроорганизмами - редуцентами.

Разложение органических веществ есть процесс, в ре­зультате которого организмы получают необходимые хи­мические элементы и энергию при преобразовании пищи внутри клеток их тела.

Если бы эти процессы прекратились, то все биогенные элемен­ты оказались бы связанными в мертвых остатках, а продолжение

52

53