3. Класифікація живих організмів за джерелами вуглецю та енергії.

Живі організми можна класифікувати відповідно до того, яке джерело енергії або вуглецю вони використовують. Карбон - це основний елемент, який потрібний всім живим організмам.

Джерела енергії

Хоча енергія існує в багатьох формах, для живих організмів доступні лише світлова і хімічна енергія. Ті організми, які синтезують всі необхідні їм органічні речовини за рахунок енергії світла, називаються фототрофними (фототрофи), а ті, яким для цього потрібна хімічна енергія - хемотрофними (хемотрофами). Для фототрофів характерна наявність пігментів (зокрема хлорофіл), які поглинають енергію світла і перетворюють її на хімічну енергію. Інша назва процесу фототрофного живлення - фотосинтез.

Джерела вуглецю

Організми, що живуть за рахунок неорганічного джерела вуглецю (двоокиси вуглецю), називають автотрофними (автотрофами), а організми, що використовують органічне джерело вуглецю - гетеротрофними (гетеротрофами). На відміну від гетеротрофів автотрофи задовольняють всі свої потреби в органічних речовинах, синтезуючи їх з простих неорганічних сполук.

В таблиці представлені обидві ці класифікації за джерелом енергії і за джерелом вуглецю. Добре видно їх взаємодію. Крім того, виявляється ще один дуже важливий принцип, а саме те, що хемотрофні організми цілком залежать від фототрофних, які постачають їм енергію, а гетеротрофні організми повністю залежать від автотрофів, що забезпечують їх сполуками вуглецю.

Найважливіші групи - фотоавтотрофи (до яких відносяться всі зелені рослини) і хемогетеротрофи (всі тварини і гриби). Можна сказати, що гетеротрофні організми залежать від зелених рослин, що дають їм енергію і вуглець.

Життєдіяльність хемосинтезуючих організмів теж має дуже важливе значення.

Вуглець, який виділяється в процесі дихання у вигляді СО2, а СО2 потім знову перетворюється в процесі фотосинтезу в органічні сполуки.

Все живе на Землі залежить від фотосинтезу або безпосередньо, або як у випадку з тваринами, опосередковано. Фотосинтез робить енергію і вуглець доступною для живих організмів і забезпечує виділення кисню в атмосферу.

А людство залежить від фотосинтезу ще і тому, ми використовуємо викопне органічне паливо, яке утворилося на протязі мільйонів років. Із загальної кількості сонячної радіації, яка потрапляє на планету, частина поглинається, відбивається і розсівається в атмосфері, і до поверхні Землі доходить лише близько половини. З цієї половини тільки 25% променів мають довжину хвилі, відповідну для фотосинтезу, і хоча оцінки неоднозначні, лише близько 0,4% таких променів використовується рослинами для чистого приросту біомаси (це приблизно 1% тієї енергії, яка доходить до рослин). Саме ця частина всієї доступної енергії практично і підтримує життя на Землі.

Одне з потенційно можливих застосувань фотосинтезу - це використання його як альтернативного джерела енергії замість природних запасів нафти і газу, що виснажуються. Зараз робляться спроби змоделювати ті перші етапи фотосинтетичного процесу у рослин, коли за рахунок енергії світла (сонячного випромінювання) вода розщеплюється на водень і кисень. Якби це вдалося, водень можна було б спалювати як паливо, а продуктом згорання була б вода. Така система могла б істотно доповнити або навіть цілком замінити ядерну і інші форми енергії.

Дослідження фотосинтезу має велике значення і для сільського господарства, тому що, судячи по приведених вище цифрах, є дуже великі можливості підвищити ефективність сільськогосподарських культур. Нові джерела їжі отримують і з мікроорганізмів, тим більше що водорості і фотосинтезуючі бактерії часто бувають урожайнішими, ніж звичайні посіви.

Життя на Землі у наш час в енергетичному сенсі залежить від Сонця. При фотосинтезі сонячна енергія запасається в результаті утворення нових зв'язків в молекулах поживних речовин, що синтезуються. Початковими сполуки для фотосинтезу служать прості неорганічні речовини – вуглекислий газ і вода. З цих простих сполук утворюються більш складні органічні речовини. Як побічний продукт фотосинтезу утворюється молекулярний кисень. Організми, що здійснюють фотосинтез, прийнято називати автотрофами, оскільки для задоволення своїх потреб в енергії вони не потребують отримання поживних речовин від яких-небудь інших організмів. Серед бактерій є і такі автотрофи, для яких джерелом енергії служать різні хімічні реакції. Проте їх внесок в синтез органічних речовин на Землі незначний, оскільки наявні в їх розпорядженні ресурси хімічної енергії украй малі в порівнянні з величезним потоком сонячної енергії, що потрапляє на Землю.

При клітинному диханні відбувається розщеплення органіки і виділяється енергія, так що клітина може використовувати її для виконання різної роботи. У автотрофних організмів в процесі дихання розщеплюються ті поживні речовини, які в них же і синтезувалися. Організми, які нездатні самостійно синтезувати органічні речовини з неорганічних – гетеротрофи.

Для повного розщеплювання поживних речовин при диханні необхідний кисень. Кінцевими продуктами дихання є вуглекислий газ і вода плюс енергія, що вивільняється. Ці кінцеві продукти дихання служать початковими сполуками для фотосинтезу. Кількість корисної енергії, що витягує в процесі дихання, виявляється значно менше кількості сонячної енергії, уловленої в процесі фотосинтезу: