Pirmą kartą atsirado galimybė fotosintezuoti. Fotosintezė, skyrius „Biologas“

Raskite tris klaidas pateiktame tekste. Nurodykite sakinių, kuriuose buvo padarytos klaidos, numerius ir juos ištaisykite.

1. Dumbliai – žemesnių augalų grupė, gyvenanti vandens aplinkoje.

2. Jiems trūksta organų, bet yra audinių: integumentinių, fotosintetinių ir auklėjamųjų.

3. Vienaląsčiuose dumbliuose vyksta ir fotosintezė, ir chemosintezė.

4. Dumblių vystymosi cikle vyksta lytinių ir nelytinių kartų kaita.

5. Lytinio dauginimosi metu susilieja gametos, įvyksta apvaisinimas, ko pasekoje vystosi gametofitas.

6. Vandens ekosistemose dumbliai tarnauja kaip gamintojai.

Paaiškinimas.

1) 2 - žalieji dumbliai susideda iš identiškų ląstelių ir neturi audinių;

2) 3 - dumblių ląstelėse nevyksta chemosintezė;

3) 5 - susiliejus gametoms susidaro zigota, iš kurios išsivysto sporofitas, o iš sporos - gametofitas.

Šaltinis: 2016 m. biologijos vieningo valstybinio egzamino demonstracinė versija.

Natalija Evgenievna Bashtannik

Galima papildyti, su kitais pataisymais :)

Anna Bondarenko 20.12.2016 20:26

2. Jiems trūksta organų, bet yra audinių: integumentinių, fotosintetinių ir auklėjamųjų.

Dumbliai neturi nei audinių, nei organų.

Natalija Evgenievna Bashtannik

taip, ir šis pasiūlymas yra neteisingas, jį reikia pataisyti

Jekaterina Gromova 02.11.2017 18:58

Skirstymasis į sporofitus ir gametofitus atsiranda tik aukštesniuose augaluose

Natalija Evgenievna Bashtannik

Gametofitas ir sporofitas – kartų kaitaliojimas, tai būdinga augalams. Sporofitas yra diploidinė (2n) daugialąstelė fazė, kuri išsivysto iš apvaisinto kiaušinėlio (zigotos) ir gamina haploidines (1n) sporas. Gametofitas yra haploidinė (1n) daugialąstelė fazė, kuri išsivysto iš sporų ir gamina lytines ląsteles arba gametas. Atitinkamai, yra vyriškų ir moteriškų gametofitų.

Jei sporofitas ir gametofitas yra morfologiškai vienodi, tada vyksta izomorfinė kartų kaita, jei jos skiriasi, tai yra heteromorfinė. Dumbliai turi abi formas, o aukštesni augalai turi tik heteromorfines formas.

Vasilijus Rogožinas 09.03.2019 13:54

Kai kurie dumbliai gali turėti tikrus audinius. Tai dumbliai su vadinamuoju audinių (parenchiminiu) talio diferenciacijos tipu. Tai apima, pavyzdžiui, gerai žinomą Porphyra (iš raudonųjų dumblių, ritinėlių įvynioklis), Laminaria (rudieji dumbliai), Ulva (žali dumbliai).

Dumbliai negali turėti ORGANŲ! Audiniai gali būti Tokiuose "audinių" dumbliuose net talio diferenciacijos tipas buvo vadinamas audiniu (parenchiminiu). Nuoroda į šaltinį: "Botanika, dumbliai ir grybai", 1 ir 2 tomai, Belyakova G.A., Dyakov Yu.T., Tarasov K.L., Maskvos valstybinis universitetas, 2006 m.

Todėl reikėtų pataisyti pirmąjį atsakymo elementą: „kai kurie dumbliai gali turėti tikrus audinius, tačiau jie neskirstomi į vientisuosius, fotosintetinius ir edukacinius (taip vadinasi aukštesniųjų augalų audiniai).

Palaikymas

Tačiau šioje užduotyje iš vieningo valstybinio egzamino 2016 demonstracinės versijos būtent nurodytą atsakymą egzamino rengėjai laiko teisingu. Deja, vieningame valstybiniame biologijos egzamine tokie netikslumai nėra neįprasti.

Diana Ješerova 24.04.2019 19:43

1.jie gyvena ne tik vandens aplinkoje, bet net ir kalnuose po sniego sluoksniu.

5. Kai gametos susilieja, susidaro zigota, ar ne?

Natalija Evgenievna Bashtannik

5 punktas – pataisytas kriterijuose.

Ir jei prie kriterijų nurodytų pridėsite 1 balo pataisą, tai nebus klaida.

Oksidacinis fosforilinimas yra žingsnis

1) fotosintezė

2) glikolizė

3) plastiko mainai

4) energijos apykaita

Paaiškinimas.

Oksidacinis fosforilinimas yra medžiagų apykaitos kelias, kurio metu maistinių medžiagų oksidacijos metu susidaranti energija yra saugoma ląstelių mitochondrijose ATP pavidalu.

Atsakymas: 4.

Atsakymas: 4

1. Plastidės randamos augalų organizmų ir kai kurių bakterijų bei gyvūnų ląstelėse, galinčios tiek heterotrofiškai, tiek autotrofiškai maitintis. 2. Chloroplastai, kaip ir lizosomos, yra dvigubos membranos, pusiau autonominės ląstelių organelės. 3. Stroma – vidinė chloroplasto membrana, turi daug iškyšų. 4. Membraninės struktūros – tilakoidai – panardinamos į stromą. 5. Jie sukrauti cristae forma. 6. Fotosintezės šviesiosios fazės reakcijos vyksta ant tilaoidinių membranų, o tamsiosios fazės reakcijos – chloroplasto stromoje.

Paaiškinimas.

Sakiniuose buvo padarytos klaidos:

1) 2 – Lizosomos yra vienos membranos citoplazmos dariniai.

2) 3 - Stroma - pusiau skystas vidinės chloroplasto dalies turinys.

3) 5 – tilakoidai yra sukrauti granos pavidalu, o cristae yra vidinės mitochondrijų membranos raukšlės ir išaugos.

Pastaba.

1 sakinys kriterijuose nepataisytas, bet manome, kad jį taip pat reikia taisyti.

1 – Plastidai randami augalų organizmų ir kai kurių gyvūnų ląstelėse, galinčiose maitintis tiek heterotrofiškai, tiek autotrofiškai.

Iš šio pasiūlymo reikia pašalinti bakterijas, nes Bakterijos neturi membraninių organelių. Tarp prokariotinių organizmų daugelis grupių turi fotosintezės aparatus, todėl turi ypatingą struktūrą. Fotosintetiniams mikroorganizmams (melsvadumbliams ir daugeliui bakterijų) būdinga tai, kad jų šviesai jautrūs pigmentai yra lokalizuoti plazminėje membranoje arba jos ataugose, nukreiptose giliai į ląstelę.

Svečias 05.02.2016 08:50

1. Plastidės randamos augalų organizmų ir kai kurių bakterijų bei gyvūnų ląstelėse, galinčios tiek heterotrofiškai, tiek autotrofiškai maitintis

Šis sakinys nebuvo pažymėtas kaip neteisingas. Tačiau jame yra klaida: plastidai randami tik eukariotuose ir yra pusiau autonomiški prokariotų palikuonys. Fotosintetinės bakterijos vykdo fotosintezę naudodamos tilakoidus ir fikobilisomas. Ištaisykite netikslumą.

Natalija Evgenievna Bashtannik

Jei ištaisysite netikslumą, kurį nurodėte rašydami atsakymą, balas nebus skaičiuojamas, bet nemažinamas.

Pastaba.

Struktūra plastidasžemesniuose fotosintetiniuose augaluose (žalieji, rudieji ir raudonieji dumbliai) ir aukštesniųjų augalų ląstelių chloroplastai paprastai yra panašūs. Jų membraninėse sistemose taip pat yra šviesai jautrių pigmentų. Žaliųjų ir rudųjų dumblių chloroplastai (kartais vadinami chromatoforais) taip pat turi išorinę ir vidinę membranas; pastarųjų formų lygiagrečiais sluoksniais išsidėstę plokšti maišai šiose formose nerasta.

Plastidės yra membraninės organelės, randamos fotosintetiniuose eukariotuose (aukštesniuose augaluose, žemesniuosiuose dumbliuose, kai kuriuose vienaląsčiuose organizmuose).

Regina Dainininkė 09.06.2016 13:33

Plastidės (iš senovės graikų πλαστός – madingas) yra pusiau autonominės aukštesnių augalų, dumblių ir kai kurių fotosintetinių pirmuonių organelės. Plastidės turi nuo dviejų iki keturių membranų, savo genomą ir baltymų sintezės aparatą. Šaltinis: Wikipedia. Apie bakterijas neužsimenama. YPAČ NETEISINGA naudoti plastidus prokariotų atžvilgiu.

Natalija Evgenievna Bashtannik

Naudoti Vikipediją kaip ŠALTINĮ be dvigubo patikrinimo yra labai neteisinga.

1 sakinys gali būti taisomas, jei kriterijuose nenurodyta, tai nereiškia, kad jo taisyti nereikia. Perskaitykite aiškinamąjį raštą.

Kuris procesas efektyviausiai aprūpina eukariotų ląsteles energija?

1) fotosintezė

2) glikolizė

3) alkoholinė fermentacija

4) oksidacinis fosforilinimas

Paaiškinimas.

Oksidacinis fosforilinimas efektyviausiai aprūpina eukariotų ląsteles energija.

Oksidacinis fosforilinimas yra energijos apykaitos žingsnis.

Oksidacinis fosforilinimas yra medžiagų apykaitos kelias, kurio metu maistinių medžiagų oksidacijos metu susidaranti energija yra saugoma ląstelių mitochondrijose ATP pavidalu.

Dviejų trijų anglies rūgšties molekulių, susidarančių fermentinio gliukozės skaidymosi iki CO 2 ir H 2 O metu, oksidacijos metu išsiskiria didelis energijos kiekis, kurio pakanka 36 ATP molekulėms susidaryti.

Glikolizės metu viena gliukozės molekulė gamina dvi ATP molekules.

Atsakymas: 4.

Atsakymas: 4

1) fotosintezė

2) oksidacinis fosforilinimas

3) glikolizė

4) anglies dioksido mažinimas

Paaiškinimas.

Glikolizės metu susidaro piruvo rūgštis. Tai vienas iš energijos apykaitos etapų.

Atsakymas: 3

1) oksiduoja mineralus

2) fotosintezės metu sukuria organines medžiagas

3) kaupti saulės energiją

4) suskaido organines medžiagas į mineralus

Paaiškinimas.

Ežero ekosistemoje esančios saprotrofinės bakterijos organines medžiagas skaido į mineralus.

Saprotrofai (saprofitai) minta negyvais organizmais ir perdirba lavonus į neorganines medžiagas.

Saprotrofinės bakterijos yra skaidytojos, kurios skaido organines medžiagas (baltymus, riebalus, angliavandenius) iki neorganinių medžiagų (anglies dioksidas, vanduo, amoniakas). Neorganinės medžiagos reikalingos gamintojams (augalams) organinių medžiagų sintezei. Taigi skaidytojai, įskaitant saprotrofines bakterijas, uždaro medžiagų ciklą gamtoje.

Atsakymas: 4.

Atsakymas: 4

Šaltinis: Vieningas valstybinis biologijos egzaminas 2016-09-04. Ankstyva banga

Visos toliau išvardytos charakteristikos, išskyrus dvi, naudojamos apibūdinti paveikslėlyje parodytą langelį. Nurodykite dvi charakteristikas, kurios „iškrenta“ iš bendro sąrašo, ir lentelėje užrašykite numerius, kuriais jos nurodytos.

1) chloroplastų buvimas

2) glikokalikso buvimas

3) gebėjimas fotosintezuoti

4) gebėjimas fagocituoti

5) baltymų biosintezės gebėjimas

Paaiškinimas.

Paveiksle pavaizduota augalo ląstelė (kadangi aiškiai matoma tanki ląstelės sienelė, didelė centrinė vakuolė ir chloroplastai). Be to, visų tipų ląstelės yra pajėgios baltymų biosintezei. Savybės, kurios „iškrenta“ iš bendro sąrašo: glikokalikso buvimas ir gebėjimas fagocituoti.

Atsakymas: 24.

Atsakymas: 24

Šaltinis: 2017 m. vieningo valstybinio biologijos egzamino demonstracinė versija.

Paaiškinimas.

1) chromatografijos metodas

2) metodas pagrįstas pigmentų atskyrimu dėl pigmentų judėjimo greičio skirtumų tirpiklyje (judri fazė, palyginti su stacionaria faze)

Pastaba.

Pirmą kartą tiksli idėja apie aukštesnių augalų žalių lapų pigmentus buvo gauta dėl didžiausio Rusijos botaniko M.S. Spalvos (1872-1919). Jis sukūrė chromatografinį medžiagų atskyrimo metodą ir išskyrė lapų pigmentus grynu pavidalu. Chromatografinis medžiagų atskyrimo metodas pagrįstas skirtingais jų adsorbcijos gebėjimais. Šis metodas buvo plačiai naudojamas. M.S. Spalva ištraukė iš lapo per stiklinį vamzdelį, užpildytą milteliais - kreida arba sacharoze (chromatografinė kolonėlė). Atskiri pigmento mišinio komponentai skyrėsi adsorbingumo laipsniu ir judėjo skirtingu greičiu, dėl to jie susitelkė skirtingose kolonėlės zonose. Padalijus kolonėlę į atskiras dalis (zonas) ir naudojant atitinkamą tirpiklių sistemą, galima būtų išskirti kiekvieną pigmentą. Paaiškėjo, kad aukštesniųjų augalų lapuose yra chlorofilo a ir chlorofilo b, taip pat karotinoidų (karotino, ksantofilo ir kt.). Chlorofilai, kaip ir karotinoidai, netirpsta vandenyje, bet gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Chlorofilai a ir b skiriasi spalva: chlorofilas a yra mėlynai žalios spalvos, o chlorofilas b yra geltonai žalios spalvos. Chlorofilo a kiekis lapuose yra maždaug tris kartus didesnis nei chlorofilo b.

Fotosintezė – tai procesas, kai organizmai sugeria saulės šviesą ir paverčia ją chemine energija. Be žaliųjų augalų ir dumblių, fotosintezę gali atlikti ir kiti organizmai – kai kurie pirmuonys, bakterijos (cianobakterijos, violetinės, žalios, halobakterijos). Fotosintezės procesas šiose organizmų grupėse turi savo ypatybes.

Fotosintezės metu, veikiant šviesai, privalomai dalyvaujant pigmentams (aukštesniuose augaluose chlorofilas ir fotosintetinėse bakterijose bakteriochlorofilas), iš anglies dioksido ir vandens susidaro organinės medžiagos. Žaliuosiuose augaluose išsiskiria deguonis.

Visi fotosintetiniai organizmai vadinami fototrofais, nes jie naudoja saulės šviesą energijai gauti. Dėl šio unikalaus proceso energijos mūsų planetoje egzistuoja visi kiti heterotrofiniai organizmai (žr. Autotrofai, Heterotrofai).

Fotosintezės procesas vyksta ląstelių plastiduose – chloroplastuose. Fotosintezės komponentai – pigmentai (žalia – chlorofilai ir geltoni – karotenoidai), fermentai ir kiti junginiai – tvarkingai išsidėstę chloroplasto tilakoidinėje membranoje arba stromoje.

Chlorofilo molekulė turi konjuguotų dvigubų ryšių sistemą, dėl kurios, sugerdama šviesos kvantą, ji gali pereiti į sužadinimo būseną, tai yra, vienas iš jos elektronų pakeičia savo padėtį, pakildamas į aukštesnį energijos lygį. Šis sužadinimas perkeliamas į vadinamąją pagrindinę chlorofilo molekulę, kuri gali atskirti krūvį: atiduoda elektroną akceptoriui, kuris per nešėjų sistemą siunčia jį į elektronų transportavimo grandinę, kur elektronas atiduoda energiją redokso metu. reakcijos. Dėl šios energijos vandenilio protonai „siurbiami“ iš tilaoidinės membranos išorės į vidų. Susidaro potencialų skirtumas vandenilio jonų, kurių energija panaudojama ATP sintezei (žr. Adenozino trifosfato rūgštis (ATP). ATP susidarymas fotosintezės metu vadinamas fotofosforilinimu, priešingai nei oksidacinis fosforilinimas, t.y. ATP susidarymas dėl ATP. į kvėpavimo procesą.

Chlorofilo molekulė atiduoda elektroną ir oksiduojasi. Atsiranda vadinamasis elektroninis gedimas. Kad fotosintezės procesas nenutrūktų, jis turi būti pakeistas kitu elektronu. Iš kur ji atsiranda? Pasirodo, elektronų, taip pat protonų (atminkite, jie sukuria potencialų skirtumą abiejose membranos pusėse) šaltinis yra vanduo. Veikiamas saulės spindulių, taip pat dalyvaujant specialiam fermentui, žalias augalas gali fotooksiduoti vandenį:

2H 2 O → šviesa, fermentas → 2H + + 2ẽ + 1/2O 2 + H 2 O

Tokiu būdu gauti elektronai užpildo elektronų trūkumą chlorofilo molekulėje, o protonai eina į NADP (aktyvios fermentų grupės, pernešančios vandenilį) redukciją, be ATP suformuodami dar vieną energetinį NADP H ekvivalentą. Be elektronų ir protonų, vandens fotooksidacijos metu susidaro deguonis, todėl Žemės atmosfera yra tinkama kvėpuoti.

ATP ir NADP H energijos ekvivalentai savo energiją iš makroerginių ryšių eikvoja ląstelės poreikiams – citoplazmos judėjimui, jonų pernešimui per membranas, medžiagų sintezei ir kt., taip pat suteikia energijos tamsioms biocheminėms reakcijoms. fotosintezės, dėl kurios sintetinami paprasti angliavandeniai ir krakmolas. Šios organinės medžiagos tarnauja kaip substratas kvėpavimui arba išleidžiamos augalų biomasei augti ir kaupti.

Žemės ūkio augalų produktyvumas glaudžiai susijęs su fotosintezės intensyvumu.

Įsivaizduokite, kaip būtų, jei žmonės, kaip ir augalai, galėtų būti maitinami tiesiogiai saulės energija. Tai neabejotinai palengvintų mūsų gyvenimą: nesuskaičiuojamas skaičius valandų, praleistų perkant, ruošiant ir valgant maistą, būtų galima skirti kažkam kitam. Pernelyg išnaudotos žemės ūkio paskirties žemės grįžtų į natūralias ekosistemas. Bado, prastos mitybos ir ligų, plintančių per virškinamąjį traktą, lygis smarkiai sumažėtų.

Tačiau žmonės ir augalai neturėjo bendro protėvio šimtus milijonų metų. Mūsų biologija iš esmės skiriasi beveik visais aspektais, todėl gali atrodyti, kad nėra jokio būdo pritaikyti žmones atlikti fotosintezę. O gal tai dar įmanoma?

Šią problemą kruopščiai tyrinėja kai kurie sintetiniai biologai, kurie net bandė sukurti savo augalų ir gyvūnų hibridus. Nors mums dar toli iki fotosintetinių žmonių sukūrimo, nauji tyrimai atskleidė intriguojantį biologinį mechanizmą, galintį paskatinti šios besiformuojančios mokslo srities plėtrą.

Elysia chlorotica yra gyvūnas, kuris gali vykdyti fotosintezę kaip ir augalai

Neseniai Amerikos Vuds Holo kaimelyje įsikūrusios Jūrų biologinės laboratorijos atstovai pranešė, kad mokslininkai išaiškino Elysia chlorotica paslaptį – briliantiškai žalią jūros šliužą, kuris atrodo kaip augalo lapas, ėda saulę kaip lapas, bet yra iš tikrųjų gyvūnas. Pasirodo, tokią ryškią spalvą Elysia chlorotica išlaiko valgydama dumblius ir perimdama jų genus, užtikrinančius fotosintezę. Tai vienintelis žinomas daugialąsčio organizmo pavyzdys, perėmęs kito organizmo DNR.

Tyrimo bendraautorius ir Pietų Floridos universiteto profesorius emeritas Sidney C. Pierce savo pareiškime sakė: „Žemėje neįmanoma, kad dumblių genai veiktų gyvūno ląstelės viduje. Ir vis dėlto tai atsitinka. Jie leidžia gyvūnui gauti maisto iš saulės. Pasak mokslininkų, jei žmonės norėtų nulaužti savo ląsteles, kad jos taptų pajėgios fotosintezei, tam būtų galima panaudoti panašų mechanizmą.

Kalbant apie saulės energiją, galime pasakyti, kad žmonės jau milijardą metų juda neteisinga evoliucijos kryptimi. Kai augalai tapo ploni ir skaidrūs, gyvūnai tapo stori ir nepermatomi šviesai. Nedidelę, bet nuolatinę saulės sulčių dalį augalai gauna būdami vienoje vietoje, tačiau žmonės mėgsta judėti ir tam reikia daug energijos turinčio maisto.

Pažvelgus į žmonių ir augalų ląsteles bei genetinį kodą, paaiškėja, kad mes ne tokie ir skirtingi. Šis nuostabus gyvybės panašumas esminiuose lygmenyse leidžia įvykti tokiems nepaprastiems dalykams kaip gyvūnai vagia fotosintezę. Šiandien dėl besiformuojančios sintetinės biologijos srities galime tokius reiškinius atkurti vienu evoliuciniu mirksniu, todėl biopanko idėjos apie fotosintetinių odos dėmių kūrimą atrodo ne tokios fantastiškos.

Pasak Pierce'o, „paprastai, kai vieno organizmo genai perkeliami į kito organizmo ląsteles, tai neveikia. Bet jei tai veikia, per naktį gali daug kas pasikeisti. Tai tarsi pagreitinta evoliucija“.

Jūrų šliužai nėra vieninteliai gyvūnai, galintys fotosintezuoti per simbiotinį ryšį. Kiti klasikiniai tokių būtybių pavyzdžiai – koralai, kurių ląstelės kaupia fotosintetinius dinoflagelatus, ir dėmėtoji salamandra, kuri savo embrionams saulės energija aprūpina dumblius.

Tačiau jūriniai šliužai nuo panašių gyvūnų skiriasi tuo, kad rado būdą išpjauti tarpininkus ir atlikti fotosintezę tik sau, sugerdami iš dumblių chloroplastus ir jais padengdami savo virškinamojo trakto sieneles. Po to gyvūnų ir augalų hibridas gali gyventi mėnesius, maitindamasis tik saulės šviesa. Tačiau kaip tiksliai šliužai palaiko pavogtas saulės energijos gamyklas, iki šiol liko paslaptis.

Dabar Pirsa ir kiti tyrimo bendraautoriai rado atsakymą į šį klausimą. Atrodo, kad šliužai ne tik vagia iš dumblių chloroplastus, bet ir vagia svarbius DNR kodus. Straipsnyje, paskelbtame The Biological Bulletin, teigiama, kad genas, koduojantis fermentą, naudojamą chloroplastams taisyti, gali padėti šliužams veikti savo saulės aparatams dar ilgai po to, kai jie valgo dumblius.

Gamtoje genetinis nusavinimas gali būti retas reiškinys, tačiau mokslininkai jau daug metų su tuo eksperimentuoja laboratorijose. Perkeldami genus iš vieno organizmo į kitą, žmonės sukūrė daug naujų gyvybės formų – nuo kukurūzų, kurie gamina savo pesticidus, iki augalų, kurie švyti tamsoje. Atsižvelgiant į visa tai, ar taip beprotiška manyti, kad turėtume sekti gamtos pavyzdžiu ir suteikti gyvūnams – ar net žmonėms – galimybę fotosintezuoti?

Biologė, dizainerė ir autorė Christina Agapakis, Harvardo universitete gavusi sintetinės biologijos mokslų daktaro laipsnį, daug laiko praleido galvodama, kaip sukurti naują simbiozę, kurioje gyvūnų ląstelės galėtų fotosintezuotis. Prieš milijardus metų augalų protėviai absorbavo chloroplastus, kurie buvo laisvai gyvenančios bakterijos, sakė Agapakis.

Anot Agapakio, kuriant saulę valgantį organizmą, problema yra ta, kad jam reikia labai didelio paviršiaus ploto, kad sugertų pakankamai saulės šviesos. Lapų pagalba augalai sugeba sugerti didžiulį energijos kiekį, palyginti su jų dydžiu. Mėsingi žmonės, turintys savo paviršiaus ir tūrio santykį, greičiausiai neturi reikiamos keliamosios galios.

"Jei jums įdomu, ar galite įgyti gebėjimą fotosintezuoti, atsakymas yra toks, kad, pirma, turėtumėte visiškai nustoti judėti, o antra, tapti visiškai skaidrus", - sako Agapakis, kuris apskaičiavo, kad kiekvienai žmogaus ląstelei prireiktų tūkstančių dumbliai fotosintezei atlikti.

Tiesą sakant, saulės šviesa maitinanti Elysia chlorotica gali būti išimtis, kuri patvirtina taisyklę. Šliužas pradėjo atrodyti ir veikti taip panašiai kaip lapas, kad daugeliu atžvilgių tapo labiau augalu nei gyvūnu.

Tačiau net jei žmogus negali išgyventi vien saulės, kas sako, kad karts nuo karto negali papildyti savo raciono šiek tiek saulėtu užkandžiu? Tiesą sakant, dauguma fotosintetinių gyvūnų, įskaitant keletą Elysia chlorotica giminaičių, naudojasi ne tik saulės energija. Jie naudoja savo fotosintezės mašinas kaip atsarginį generatorių, jei trūksta maisto. Taigi, gebėjimas fotosintezuoti yra draudimas nuo bado.

Galbūt žmonės galėtų rasti visiškai naują fotosintezės panaudojimą. Pavyzdžiui, sako Agapakis, „ant žmogaus odos gali būti žalių dėmių, saulės spindulių aktyvuota žaizdų gijimo sistema. Tai, kas nereikalauja tiek energijos, kiek reikia žmogui.

Artimiausiu metu žmogus negalės visiškai pereiti prie vien saulės šviesos tiekimo – bent jau tol, kol nepasiryš radikaliai modifikuoti kūną – tad kol kas belieka toliau įkvėpti gamtos pavyzdžio.

Mokslininkai atrado gyvūnus, galinčius savarankiškai sugerti saulės energiją. Bent jau taip teigiama žurnale, kurį leidžia gerbiamos Nature Publishing Group. Šis nuostabus gyvūnas pasirodė esąs paprastasis amaras. Išoriškai neišvaizdus vabzdys pastaruoju metu reguliariai teikia biologams mokslinių pojūčių. Kokie jo išskirtiniai sugebėjimai ir ar tikrai yra gyvūnų, kuriems maisto ieškoti nereikia, pabandė išsiaiškinti Lenta.ru.

Paprastai tariant, savaime fotosintezuojantis daugialąstis gyvūnas yra pojūtis. Be to, tai yra pojūtis, dėl kurio biologai reaguoja „taip negali būti, nes taip niekada negali nutikti“. Tačiau straipsnis apie nuostabųjį amarą buvo paskelbtas recenzuojamame žurnale, o tai reiškia, kad jame nėra jokių akivaizdžių klaidų. Kita vertus, ji nepasirodė pačioje Gamta, o jos „mažajame brolyje“ – jauname žurnale Mokslinės ataskaitos. Prieš suvokiant, kokia yra kūrinio esmė ir kaip teisinga jį vadinti sensacija, būtina suprasti, ką nepastebimo amaro tyrimas suteikė šiuolaikinei biologijai.

Sunku patikėti, bet biologai gana rimtai pupinį amarą vadina superorganizmu. Šis terminas iš esmės yra dirbtinis, o daugelio gyvūnų atveju jis atrodo toli gražus. Jie vadinami „organizmais, susidedančiais iš daugelio organizmų“ ir paprastai reiškia kolonijinius vabzdžius. Tačiau amarai jokiu būdu nėra kolonijiniai vabzdžiai, tačiau jie tikrai yra superorganizmas.

Šis kuklus vabzdys minta augalų sultimis, siurbdamas jas tiesiai iš indų, pernešančių cukrų iš lapų į šaknis. Gerai, kad amarai glaudžiai bendradarbiauja su skruzdėlėmis. Pastarieji jai suteikia apsaugą nuo priešų mainais už cukraus sirupo lašus. Amarams neprieštarauja saldi skruzdėlių duoklė – jos vis tiek negali įsisavinti augalų sulose esančio cukraus kiekio.

Tai vienas iš amarų mitybos paradoksų – nepaisant to, kad gyvūnai suvartoja daug daugiau cukraus nei gali pasisavinti, tam tikra prasme jie nuolat badauja. Faktas yra tas, kad augalų sultyse beveik nieko nėra, išskyrus cukrų, o vabzdžiai gyvena nuolatinio aminorūgščių, riebalų, vitaminų ir mikroelementų trūkumo sąlygomis. Net kai šalia nėra skruzdėlių, amaras vis tiek išskiria saldų tirpalą, prieš tai išfiltravęs iš jo jam naudingas medžiagas.

Netrukus po to, kai amaruose buvo aptikta simbiotinė buchneria, entomologai rado savo kaimynus. Paaiškėjo, kad jos yra bakterijos Serratia symbiotica, kurie amaruose apsigyveno žymiai vėliau nei Buchnerijoje ir dar neprarado galimybės gyventi už šeimininko ribų. Tačiau kai kuriuose amaruose amarų, buchnerių ir seratijų bendradarbiavimas jau gerokai pažengęs į priekį – paaiškėjo, kad kai kurios seratijos aminorūgštys padeda susintetinti kai kurias aminorūgštis lepintose buchnerijose, kurios prarado šį gebėjimą.

Trečiasis amarų superorganizmo nuomininkas pasirodė esąs apsauginės bakterijos. Mokslininkai tai nustatė Hamiltonella defensa padeda amarams kovoti su parazitais. Šios vapsvos kartu su ladybugėmis yra vienas pagrindinių amarų priešų. Raiteliai deda kiaušinius į savo kūną. Ichneumon ichneumon lerva, išsiritusi iš kiaušinėlio, valgo amarus iš vidaus ir naudoja jų mumifikuotą kūną kaip kokoną. Vienu metu šis raitelių žiaurumas padarė tokį stiprų įspūdį Charlesui Darwinui, kad jis iškėlė jų egzistavimą kaip vieną iš argumentų prieš visapusiško Dievo egzistavimą.

Paskutiniai iš šiuo metu žinomų amarų nuomininkų buvo bakterijos, padedančios sintetinti ryškius pigmentus. Paaiškėjo, kad ryškiai žalią amarų spalvą lemia tarpląstelinės bakterijos Ricketsiella, kurios padeda amarams susintetinti jiems būdingus policiklinius dažus – atėnų. Sunku pasakyti, kam to reikia vabzdžiams, tačiau žinoma, kad spalva vaidina svarbų vaidmenį vabzdžių sąveikoje su plėšrūnais. Pavyzdžiui, iš tos pačios rūšies individų parazitai mėgsta žaliuosius amarus, o boružės – raudonuosius.

Kalbant apie gyvūnus su neįprastu šėrimo būdu, negalima nepaminėti unikalaus moliusko Elysia chlorotica kurie įvaldė „žaliąsias technologijas“. Ankstyvosiose vystymosi stadijose jis atrodo ir elgiasi kaip paprastas jūros šliužas – minta dumbliais ir yra rusvos spalvos. Tačiau, skirtingai nei visi kiti žolėdžiai gyvūnai, jam, kaip pasakytų ekonomistai, labiau patinka meškerė, o ne žuvis. Paprasčiau tariant, moliuskas sunaudoja fotosintetinius chloroplastus iš dumblių Vaucheria litorea ir palaiko juos gyvus savo ląstelėse. Augalai darė tą patį savo evoliucijos aušroje, kadaise sugerdami melsvadumblius. Skirtumas tas, kad chloroplastai į moliusko ląsteles patenka bejėgiai – per milijonus koevoliucijos metų jie devyniasdešimties procentų reikalingų baltymų sintezę delegavo savo savininkams. Todėl moliuskas turi griebtis gudrybių, kad išsaugotų trapius endosimbiontus. Kai kuriuos genus, atsakingus už fotosintezę, jis nukopijavo tiesiai iš genomo Vaucheria, dėl to jis sugebėjo išlaikyti chloroplastų gyvavimo laiką apie devynis mėnesius. Taip ilgai trunka jo gyvavimo ciklas.

Amarų dažymas taip pat nėra toks paprastas. Jį iš dalies lemia Atėnai, iš dalies – karotinoidai. Rickettsiella yra atsakingos už pirmųjų sintezę, kaip jau minėta, tačiau situacija su karotenoidais yra dar įdomesnė. Faktas yra tas, kad karotinoidai yra labai paplitę pigmentai, tačiau ne vienas gyvūnas negali jų susintetinti. Retinolis arba vitaminas A yra pusė karotino molekulės. Kaip pigmentas, tiesiogiai suvokiantis šviesą, jis naudojamas absoliučiai visų organizmų akyse – nuo vienaląsčių iki žmonių. Be to, karotenoidai vaidina svarbų ir vis dar nevisiškai suprantamą vaidmenį sąveikaujant su reaktyviosiomis deguonies rūšimis. Tačiau visi gyvūnai turi gauti karotinoidų iš savo raciono.

Tačiau net ir patiems straipsnio autoriams lieka neaišku – kodėl amarai savarankiškai sintetina karotenoidus ir kodėl jų organizme yra toks šių medžiagų kiekis.
Po dvejų metų prancūzų mokslininkai žino, kodėl – jų nuomone, amarai naudojasi karotinoidais, kad maitintųsi saulės energija.

Iš karto reikia pasakyti, kad biologai fotosinteze vadina anglies dvideginio fiksavimą iš oro ir jo pavertimą organinėmis medžiagomis naudojant saulės energiją. Pats šviesos energijos panaudojimas vadinamas fototrofija, o organizmai, kuriuose ji atsiranda, – fotoheterotrofais. Tačiau šis reiškinys yra toks retas, palyginti su fotosinteze, kad net moksliniai „Nature News“ redaktoriai padarė klaidą antraštėje.

Būtent fototrofija buvo aptarta naujausiame prancūzų mokslininkų straipsnyje. Jie nustatė, kad vabzdžiai, auginami esant skirtingoms aplinkos temperatūroms, įgauna skirtingas spalvas. Tai, anot autorių, vyksta per epigenetinius mechanizmus – keičiant ne pačią DNR, o jos skaitymo būdą. Kaip ten bebūtų, tie gyvūnai, kurie buvo auginami 8 laipsnių temperatūroje, nusidažė žaliais, o tie, kurie augo 22 laipsnių temperatūroje, nusidažė oranžine spalva. Taip pat buvo grupė tiesiog blyškių vabzdžių, kurie gyveno padidėjusio susibūrimo ir išteklių trūkumo sąlygomis. Žalieji amarai turėjo didžiausią karotinoidų kiekį tarp visų jų kolegų.

Elysia pusilla. Spustelėkite norėdami padidinti. Nuotrauka iš blogs.ngm.com

Taigi paaiškėjo, kad jei amaras, įkalintas tamsoje, iškeliamas į šviesą, jo organizme ATP koncentracija, kiekvienos ląstelės energijos valiuta, žymiai padidėja. Be to, žaliuose amaruose energija pasikrauna daug greičiau nei oranžiniuose. Blyškiuose vabzdžiuose, kuriuose nėra pigmentų, akivaizdu, kad tamsoje ir šviesoje ATP atsargos nesiskyrė. Be to, pigmentas pasiskirstė tiesiai po vabzdžio odelės paviršiumi, kur saulės spinduliai prasiskverbia labiausiai.

Pasirodo, amarai pagaliau išmoko išgauti saulės energiją? Be to, jie pranoko specialistus šiuo klausimu - augalus, nes išvis apsieina be chloroplastų ir chlorofilo ir tam naudoja įprastus karotinoidus, kuriuos sintetina septyni iš grybų pavogti genai?

Sąžiningai, tuo labai sunku patikėti. Autorių garbei reikia pasakyti, kad jie tik siūlo fototrofijos galimybę kaip hipotezę ir nelaiko jos įrodyta. Kiekvienas straipsnio skaitytojas Mokslinės ataskaitos Iš karto kyla daug klausimų. Pirma, neaišku, kaip tiksliai perduodamas karotino sukauptas elektroninis sužadinimas. Autoriai mano, kad sužadinti elektronai yra perkeliami į ATP sintazę, tačiau kol kas tam nėra įrodymų. Antra, neaišku, kurie genai dalyvauja procese. Trečia, neparodoma, kuriose ląstelėse ATP kiekis padidėja – tose, kuriose yra karotinoidų, ar ne. Ketvirta, neparodoma – ar pastebėti pokyčiai vyksta amarų ląstelėse ar daugybės, kaip matėme, endosimbiontų viduje?

Tačiau prisiminus svarbiausią faktą apie amarų gyvenimą – ką jie valgo, visi šie klausimai atrodo kaip paprasti keblumai. Vienas iš to paties straipsnio autorių Mokslas, kuriame parodytas horizontalus karotinoidų sintezės genų perkėlimas, naują darbą komentavo taip: „Energijos gavimas yra pati menkiausia problema amarų gyvenime naudoti“.
Atsižvelgiant į šį faktą, vabzdžių augalų sugebėjimų atradimas atrodo labai įtartinas.

Fotosintetinės bakterijos (kitas pavadinimas yra fototrofinės) yra autotrofinių mikroorganizmų rūšis, galinti savarankiškai gaminti organines medžiagas iš neorganinių medžiagų. Jų ląstelėse esantys pigmentai sugeria Saulės energiją ir panaudoja ją fotosintezei. Šis gebėjimas sujungia fotosintecines bakterijas, dumblius ir aukštesniuosius augalus. Alternatyva, kai nėra šviesos, yra chemosintezė (iš lot. chemo – cheminė) – energijos gavimas oksiduojant cheminius junginius.

Šiuo metu aprašyta daugiau nei 50 fotosintetinių mikroorganizmų rūšių. Jų gebėjimą fotosintezuoti įrodė olandų kilmės amerikiečių mokslininkas Cornelis Bernardus van Niel 1931 m. Jis taip pat atrado vieną sieros bakterijų fotosintezės ypatybę – kad jose vandenilio atomų donorai yra sieros junginiai, ypač vandenilio sulfidas. Jie pasiūlė fotosintezės lygtį, kurioje buvo sujungti aukštesni augalai ir fotosintetinės bakterijos.

Autotrofinės bakterijos dažnai yra vandens telkinių gyventojai. Natūralioje aplinkoje pavienės ląstelės aptinkamos retai – dažniau jos sudaro asociacijas grandinių, žvaigždžių, ląstelių ar plokštelių pavidalu, apsuptos apsauginių gleivių. Ląstelių ilgis svyruoja nuo 1-2 iki 50 µm. Jie turi skirtingą geometriją – žinomi kokiai, strypai, vingiuoti; gali būti judrūs arba nejudrūs, turėti ataugų, gaurelių ar žvynelių. Ši struktūra leidžia jiems demonstruoti įvairaus pobūdžio orientuotą judėjimą – foto-, chemo- ir aerotaksį (judėjimą šviesos šaltinio kryptimi, chemikalų ar oro koncentracijos vandenyje padidėjimą ar sumažėjimą). Didžiausios yra purpurinės sieros bakterijos. Jie dauginasi paprasto (dvejetainio) dalijimosi arba pumpurų formavimo būdu ir nedažo gramų (gramneigiami).

Autotrofinių bakterijų struktūra turi daugybę ypatybių, kurių dauguma yra susijusios su jų gebėjimu chemo- ir fotosintezei. Visų pirma, fotosintezės formų membranos sudaro struktūras ląstelėse, vadinamose tilakoidais, kurių paviršiuje surenkamas fotosintezės aparatas. Autotrofinių bakterijų struktūra suteikė biologams pagrindo manyti, kad aukštesni augalai už chloroplastų buvimą yra skolingi simbiontinėms bakterijoms.

Įdomi bakterijų fotosintezės ypatybė yra ta, kad ji ne visada gamina deguonį. Be to, daugelis fotosintetinių bakterijų yra anaerobinės ir negali gyventi esant deguoniui, mieliau oksiduoja vandenilio sulfidą, tiosulfatus, molekulinį vandenilį, sierą, kuri vėliau gali virsti sulfatais.

Bakterijų fotosintezė ne visada vyksta vartojant anglies dioksidą. Vietoj to, fotosintetiniai mikroorganizmai gali naudoti kitas medžiagas – pavyzdžiui, sieros junginius.

Yra fotoautotrofinių ir fotoheterotrofinių bakterijų. Pirmieji sugeba gyventi be organinių medžiagų, patys sintetindami viską, ko jiems reikia, o antrieji tokio gebėjimo neturi ir jiems reikia organinės medžiagos pilnam augimui.

Fotosintetinės bakterijos apima deguonies ir anoksigeninius mikroorganizmus.

Deguonies

Dėl fotosintezės išsiskiria deguonis. Tai cianobakterijos (įskaitant azotą fiksuojančias bakterijas), kurių ląstelėse, kaip ir fotosintetiniuose augaluose, yra chlorofilo A. Anglies dioksido asimiliacija fotosintetinėse cianobakterijose, dar vadinamose melsvadumbliais, vyksta naudojant vandenilį iš vandens molekulių.

Anoksigeninis

Šie fotosintetiniai mikroorganizmai vykdo fotosintezę neišskirdami deguonies. Juose yra bakteriochlorofilų, kurie skiriasi nuo tų, kuriuos augalai naudoja fotosintezei. Ši grupė apima dviejų tipų mikroorganizmus:

Purpurinės nesierinės bakterijos, kurioms organiniai junginiai veikia kaip vandenilio donorai. Tarp jų yra rūšių, kurios gali gyventi aplinkoje, kurioje nėra organinių medžiagų. Tačiau dauguma jų laikomi privalomais heterotrofais, tai yra, jų egzistavimui reikalingos organinės medžiagos.
Violetinės ir žalios sieros bakterijos, kurios kaip vandenilio tiekėjas naudoja vandenilio sulfidą, o ne vandenį. Pastarieji ant gėlo ir sūraus vandens telkinių akmenų formuoja spalvotus vandens sluoksnius ir nuosėdas bei kaupia sierą savo ląstelėse.
Žaliosios sieros bakterijos ir cianobakterijos yra privalomi fototrofai ir negali egzistuoti be šviesos. Violetinės nesierinės bakterijos yra fakultatyvūs fototrofai ir gali egzistuoti ilgą laiką be šviesos arba esant silpnam apšvietimui. Violetinės sieros bakterijos užima tarpinę padėtį.
Neseniai buvo aptiktos filamentinės žaliosios nesierinės bakterijos, kurios negali nusodinti sieros ląstelių viduje. Jie atstovauja vienalytei rūšių grupei, kurios skiriasi savo mitybos būdu (heteroautotrofiškai) ir gali gyventi ant organinių substratų, kuriuose yra vandenilio sulfido ir molekulinio vandenilio. Tarp jų yra daug gramteigiamų ir gramkintamų rūšių, kurių spalva priklauso nuo jų egzistavimo sąlygų.

Fotosintezė ir azoto fiksacija

Azoto fiksacija yra procesas, kurį gali valdyti tik prokariotai, organizmai, kurie neturi susiformavusių ir membranomis apsuptų branduolių. Tai atsiranda naudojant specialų fermentą, vadinamą azotogenaze. Azoto fiksavimas yra chemosintezės rūšis. Įdomu tai, kad azotą fiksuojančios chemosintetinės bakterijos, privalomi anaerobai, vienu metu gali turėti galimybę fotosintezuoti ir atvirkščiai, tai yra, yra chemo- ir fotosintezės.

Daugelis azotą fiksuojančių bakterijų gali fotosintezuoti. Visų pirma, tai cianobakterijos. Šių mikroorganizmų ląstelių struktūra leidžia jiems laiku atskirti dvi fazes – dieną jie fotosintezuoja susidarant deguoniui, o naktį užsiima azoto fiksavimu. Melsvabakterių anabenos (anabena) gyvavimo ciklo tyrimas parodė kitą mechanizmą, leidžiantį sujungti chemo- ir fotosintezę bakterijų kolonijoje. Sumažėjus anglies dvideginio kiekiui aplinkoje, kai kurios ląstelės sustabdo fotosintezę ir virsta heterocistomis, kurių viduje prasideda azoto fiksacija. Įdomu tai, kad kaimyninės ląstelės, turinčios skirtingą metabolizmą, gali keistis produktais viena su kita, užtikrindamos visos kolonijos egzistavimą.

Pigmentai

Fotosintetinių bakterijų kolonijų spalva priklauso nuo to, kokie pigmentai yra jų ląstelėse. Yra trys fotosintezės pigmentų tipai – žalieji chlorofilai, oranžiniai karotenoidai ir rudieji fikobilinai, kurie yra vadinamųjų pigmentinių antenų dalis, kurių struktūra yra būdinga rūšiai ir taip pat priklauso nuo šviesos intensyvumo.

Bakterijos, vykdančios anoksigeninę fotosintezę, turi tik vieno tipo pigmentinius centrus, o kiti deguoniniai mikroorganizmai turi du centrus, sujungtus nuosekliai. Šviesą renkančių pigmentinių antenų reakcijos centras yra chlorofilas A arba bakteriochlorofilai A, B ir G. Melsvabakterios, kaip ir aukštesni augalai, naudoja pirmuosius pigmentus.

Būdingas fikobilinų bruožas yra tai, kad jie sudaro kompleksus su specifiniais baltymais, kurie prasiskverbia pro membranas.

Autotrofai be chlorofilo

Tokie neįprasti autotrofai buvo aptikti tarp Negyvosios jūros archebakterijų. Jų ląstelėse trūksta žaliųjų chlorofilų – vietoj to vadinamosiose halobakterijose yra bakteriorodopsino, esančio ląstelių membranų paviršiuje. Jo struktūra labai įdomi – tai tinklainės pigmento ir specialaus baltymo kompleksas.

Fotosintetinės halobakterijos yra heterotrofai, gyvenantys daug druskos turinčioje aplinkoje. Jų kolonijos yra oranžinės geltonos spalvos dėl didelio karotinoidų kiekio, esančio jų ląstelėse. Fotosintezė šiuose organizmuose prasideda tik esant žemai deguonies koncentracijai. Jie negali egzistuoti mažo druskingumo sąlygomis ir turėti teigiamą chemotaksę (judėjimą) į vietas, kuriose yra daug druskos.