Какие организмы были первыми способны к фотосинтезу. Первые и современные фотосинтезирующие организмы

Найдите три ошиб­ки в приведённом тексте. Ука­жи­те но­ме­ра предложений, в ко­то­рых сде­ла­ны ошибки, ис­правь­те их.

1. Во­до­рос­ли - это груп­па низ­ших растений, оби­та­ю­щих в вод­ной среде.

2. У них от­сут­ству­ют органы, но име­ют­ся ткани: покровная, фо­то­син­те­зи­ру­ю­щая и образовательная.

3. В од­но­кле­точ­ных во­до­рос­лях осу­ществ­ля­ет­ся как фотосинтез, так и хемосинтез.

4. В цикле раз­ви­тия во­до­рос­лей про­ис­хо­дит че­ре­до­ва­ние по­ло­во­го и бес­по­ло­го поколений.

5. При по­ло­вом раз­мно­же­нии га­ме­ты сливаются, про­ис­хо­дит оплодотворение, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го и раз­ви­ва­ет­ся гаметофит.

6. В вод­ных эко­си­сте­мах во­до­рос­ли вы­пол­ня­ют функ­цию продуцентов.

Пояснение.

1) 2 - зелёные во­до­рос­ли со­сто­ят из оди­на­ко­вых кле­ток и не имеют тканей;

2) 3 - в клет­ках во­до­рос­лей не про­ис­хо­дит хемосинтеза;

3) 5 - при сли­я­нии гамет об­ра­зу­ет­ся зигота, из ко­то­рой развивается спорофит, а га­ме­то­фит раз­ви­ва­ет­ся из споры.

Источник: Де­мон­стра­ци­он­ная вер­сия ЕГЭ-2016 по биологии.

Наталья Евгеньевна Баштанник

Можно дополнять, при условии остальных исправлений:)

Анна Бондаренко 20.12.2016 20:26

2. У них от­сут­ству­ют ор­га­ны, но име­ют­ся ткани: по­кров­ная, фо­то­син­те­зи­ру­ю­щая и об­ра­зо­ва­тель­ная.

У водорослей же нет ни тканей, ни органов..

Наталья Евгеньевна Баштанник

да, и это предложение ошибочное, его нужно исправлять

Екатерина Громова 02.11.2017 18:58

Деление на спорофит и гаметофит появляется только у высших растений

Наталья Евгеньевна Баштанник

Гаметофит и спорофит - чередование поколений, это признак растений. Спорофит - диплоидная (2n) многоклеточная фаза, развивающаяся из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) и производящая гаплойдные (1n) споры. Гаметофит - гаплоидная (1n) многоклеточная фаза, развивающаяся из спор и производящая половые клетки, или гаметы. Соответственно, существуют мужской и женский гаметофиты.

Если спорофит и гаметофит морфологически одинаковы, то происх изоморфное чередование поколений, если различны - гетероморфное. У водорослей существ обе формы, у высш растений - только гетероморфное.

Василий Рогожин 09.03.2019 13:54

У некоторых водорослей могут быть настоящие ткани. Это водоросли с так называемым тканевым (паренхиматозным) типом дифференциации таллома. К таковым относятся, например, известные многим Порфира (из Красных водорослей, обертка для роллов), Ламинария (бурая водоросль "морская капуста"), Ульва (зеленая водоросль "морской салат").

У водорослей не может быть ОРГАНОВ! Ткани могут быть. У таких "тканевых" водорослей даже тип дифференциации таллома был назван тканевым (паренхиматозным). Ссылка на источник: "Ботаника, Водоросли и грибы", Том 1 и 2, Белякова Г.А., Дьяков Ю.Т., Тарасов К.Л., МГУ, 2006.

Поэтому следует внести поправку в первый элемент ответа: "некоторые водоросли могут иметь настоящие ткани, но они не делятся на покровную, фотосинтезирующую и образовательную (это название тканей высших растений).

Служба поддержки

Тем не менее, в этом задании из демонстрационной версии ЕГЭ−2016 именно указанный ответ считается составителями экзамена правильным. К сожалению, подобные неточности нередки и на самом ЕГЭ по биологии.

Диана Ешерова 24.04.2019 19:43

1.они обитают не только в водной среде, но и даже в горах под слоем снега.

5.при слиянии гамет образуется зигота, разве нет?

Наталья Евгеньевна Баштанник

5 пункт - исправлен в критериях.

А если Вы к указанным в критериях добавите исправление по 1 пункту, то это не будет ошибкой.

Окислительное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние – это этап

1) фотосинтеза

2) гликолиза

3) пла­сти­че­ско­го обмена

4) энер­ге­ти­че­ско­го обмена

Пояснение.

Окислительное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние - ме­та­бо­ли­че­ский путь, при ко­то­ром энергия, об­ра­зо­вав­ша­я­ся при окис­ле­нии питательных веществ, за­па­са­ет­ся в ми­то­хон­дри­ях клеток в виде АТФ.

Ответ: 4.

Ответ: 4

1. Пла­сти­ды встре­ча­ют­ся в клет­ках рас­ти­тель­ных ор­га­низ­мов и не­ко­то­рых бак­те­рий и животных, спо­соб­ных как к гетеротрофному, так и ав­то­троф­но­му питанию. 2. Хлоропласты, так же как и лизосомы, - двумембранные, по­лу­ав­то­ном­ные ор­га­но­и­ды клетки. 3. Стро­ма - внут­рен­няя мем­бра­на хлоропласта, имеет мно­го­чис­лен­ные выросты. 4. В стро­му по­гру­же­ны мем­бран­ные струк­ту­ры - тилакоиды. 5. Они уло­же­ны стоп­ка­ми в виде крист. 6. На мем­бра­нах ти­ла­ко­и­дов про­те­ка­ют ре­ак­ции све­то­вой фазы фотосинтеза, а в стро­ме хло­ро­пла­ста - ре­ак­ции тем­но­вой фазы.

Пояснение.

Ошибки до­пу­ще­ны в предложениях:

1) 2 - Ли­зо­со­мы - од­но­мем­бран­ные струк­ту­ры цитоплазмы.

2) 3 - Стро­ма - по­лу­жид­кое со­дер­жи­мое внут­рен­ней части хлоропласта.

3) 5 - Ти­ла­ко­и­ды уло­же­ны стоп­ка­ми в виде гран, а кри­сты - склад­ки и вы­ро­сты внут­рен­ней мем­бра­ны митохондрий.

Примечание.

1 предложение в критериях не исправлено, но мы считаем, что его также необходимо исправлять.

1 - Пла­сти­ды встре­ча­ют­ся в клет­ках рас­ти­тель­ных ор­га­низ­мов и не­ко­то­рых жи­вот­ных, спо­соб­ных как к ге­те­ро­троф­но­му, так и ав­то­троф­но­му пи­та­нию.

Из данного предложения нужно убрать бактерии , т.к. у бактерий нет мембранных органоидов. Среди прокариотических организмов многие группы обладают фотосинтетическими аппаратами и имеют в связи с этим особое строение. Для фотосинтезирующих микроорганизмов (синезеленые водоросли и многие бактерии) характерно, что их фоточувствительные пигменты локализуются в плазматической мембране или в её выростах, направленных в глубь клетки.

Гость 05.02.2016 08:50

1. Пла­сти­ды встре­ча­ют­ся в клет­ках рас­ти­тель­ных ор­га­низ­мов и не­ко­то­рых бак­те­рий и жи­вот­ных, спо­соб­ных как к ге­те­ро­троф­но­му, так и ав­то­троф­но­му пи­та­нию

Это предложение не было отмечено как ошибочное. Но оно содержит в себе ошибку: пластиды встречаются только у эукариот и являются полуавтономными потомками прокариот. Бактерии-фотосинтетики осуществляют фотосинтез тилакоидами и фикобилисомами. Исправьте, пожалуйста, неточность.

Наталья Евгеньевна Баштанник

Если Вы исправите при написании ответа указанную Вами неточность, балл не засчитают, но и не снизят.

Примечание.

Строение пластид у низших фотосинтезирующих растений (зеленые, бурые и красные водоросли) и хлоропластов клеток высших растений в общих чертах сходно. Их мембранные системы также содержат фоточувствительные пигменты. Хлоропласты зеленых и бурых водорослей (иногда их называют хроматофорами) имеют также внешнюю и внутреннюю мембраны; последняя образует плоские мешки, располагающиеся параллельными слоями, граны у этих форм не встречаются.

Пластиды - это мембранные органоиды, встречающиеся у фотосинтезирующих эукариотических организмов (высшие растения, низшие водоросли, некоторые одноклеточные организмы).

Регина Зингер 09.06.2016 13:33

Пласти́ды (от др.-греч. πλαστός - вылепленный) - полуавтономные органеллы высших растений, водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших. Пластиды имеют от двух до четырёх мембран, собственный геном и белоксинтезирующий аппарат. Источник: Википедия. О бактериях не слова. Употреблять пластиды в отношении прокариот КРАЙНЕ НЕВЕРНО.

Наталья Евгеньевна Баштанник

Использовать в качестве ИСТОЧНИКА без перепроверки Википедию - крайне неверно.

1 предложение можно исправлять, если оно не указано в критериях, это не значит, что его не нужно исправлять. Прочитайте примечание к пояснению.

Какой из про­цес­сов обес­пе­чи­ва­ет эу­ка­ри­о­ти­че­ские клет­ки энер­ги­ей наи­бо­лее эффективно?

1) фотосинтез

2) гликолиз

3) спир­то­вое брожение

4) окис­ли­тель­ное фосфорилирование

Пояснение.

Наи­бо­лее эф­фек­тив­но обес­пе­чи­ва­ет эу­ка­ри­о­ти­че­ские клет­ки энер­ги­ей окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние.

Окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние - это этап энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на.

Окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние - ме­та­бо­ли­че­ский путь, при ко­то­ром энер­гия, об­ра­зо­вав­ша­я­ся при окис­ле­нии пи­та­тель­ных ве­ществ, за­па­са­ет­ся в ми­то­хон­дри­ях кле­ток в виде АТФ.

Окисление двух мо­ле­кул трех­уг­ле­род­ной кислоты, об­ра­зо­вав­ших­ся при фер­мен­та­тив­ном рас­щеп­ле­нии глю­ко­зы до СО 2 и Н 2 О, при­во­дит к вы­де­ле­нию боль­шо­го ко­ли­че­ства энергии, до­ста­точ­но­го для об­ра­зо­ва­ния 36 мо­ле­кул АТФ.

При гли­ко­ли­зе из одной мо­ле­ку­лы глю­ко­зы об­ра­зу­ют­ся две мо­ле­ку­лы АТФ.

Ответ: 4.

Ответ: 4

1) фотосинтеза

2) окис­ли­тель­но­го фосфорилирования

3) гликолиза

4) вос­ста­нов­ле­ния уг­ле­кис­ло­го газа

Пояснение.

Пировиноградная кис­ло­та об­ра­зу­ет­ся в процессе гли­ко­ли­за. Это один из этапов энергетического обмена.

Ответ: 3

Ответ: 3

1) окис­ля­ют ми­не­раль­ные вещества

2) со­зда­ют ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства в про­цес­се фотосинтеза

3) ак­ку­му­ли­ру­ют сол­неч­ную энергию

4) раз­ла­га­ют ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства до минеральных

Пояснение.

Бак­те­рии-са­про­тро­фы в эко­си­сте­ме озера раз­ла­га­ют ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства до ми­не­раль­ных.

Сапротрофы (сапрофиты) пи­та­ют­ся отмершими организмами, пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют трупы до не ор­га­ни­че­ских веществ.

Бактерии-сапротрофы яв­ля­ют­ся редуцентами, они раз­ла­га­ют органические ве­ще­ства (белки, жиры, углеводы) до не­ор­га­ни­че­ских (углекислый газ, вода, аммиак). Не­ор­га­ни­че­ские вещества нужны про­ду­цен­там (растениям) для син­те­за органических веществ. Таким образом, редуценты, в том числе бактерии-сапротрофы, за­мы­ка­ют круговорот ве­ществ в природе.

Ответ: 4.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по био­ло­гии 09.04.2016. До­сроч­ная волна

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображённой на рисунке клетки. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) наличие хлоропластов

2) наличие гликокаликса

3) способность к фотосинтезу

4) способность к фагоцитозу

5) способность к биосинтезу белка

Пояснение.

На рисунке изображена растительная клетка (т.к. хорошо видна плотная клеточная стенка, крупная центральная вакуоль и хлоропласты). При этом к биосинтезу белка способны все типы клеток. «Выпадающие» из общего списка признаки: на­ли­чие гли­ко­ка­лик­са и спо­соб­ность к фа­го­ци­то­зу.

Ответ: 24.

Ответ: 24

Источник: Де­мон­стра­ци­он­ная вер­сия ЕГЭ-2017 по биологии.

Пояснение.

1) метод хроматографии

2) метод основан на разделении пигментов из-за различий в скорости движения пигментов в растворителе (подвижной фазы по неподвижной фазе)

Примечание.

Впервые точное представление о пигментах зелёного листа высших растений было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М.С. Цвета (1872-1919). Он разработал хроматографический метод разделения веществ и выделил пигменты листа в чистом виде. Хроматографический метод разделения веществ основан на их различной способности к адсорбции. Метод этот получил широкоё применение. М.С. Цвет пропускал вытяжку из листа через стеклянную трубку заполненную порошком - мелом или сахарозой (хроматографическую колонку). Отдельные компоненты смеси пигментов различались по степени адсорбируемости и передвигались с разной скоростью, в результате чего они концентрировались в разных зонах колонки. Разделяя колонку на отдель­ные части (зоны) и используя соответствующую систему растворителей, можно было выделить каждый пигмент. Оказалось, что листья высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b, а также каротиноиды (каротин, ксантофилл и др.). Хлорофиллы, так же как и каротиноиды, нерастворимы в воде, но хоро­шо растворимы в органических растворителях. Хлорофиллы а и b различаются по цвету: хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, а хлорофилл b - желто-зеленый. Содержание хлорофилла а в листе примерно в три раза больше, чем хлорофилла b.

Ученые обнаружили животных, способных к самостоятельному усвоению энергии солнца. По крайней мере, так говорится в , опубликованной в журнале из авторитетного издания Nature Publishing Group. Этим удивительным животным оказалась обыкновенная тля. Внешне неказистое насекомое в последнее время исправно поставляет биологам научные сенсации. В чем заключаются ее уникальные способности и существуют ли в действительности животные, не нуждающиеся в поиске пропитания, попыталась выяснить "Лента.ру"

Вообще говоря, самостоятельно фотосинтезирующее многоклеточное животное - это сенсация. Причем, сенсация такого рода, которая вызывает у биологов реакцию "этого не может быть, потому что этого не может быть никогда". Тем не менее, статья об удивительной тле опубликована в рецензируемом журнале, а значит, не содержит очевидных ошибок. С другой стороны, она появилась не в самом Nature , а в ее "младшем брате", молодом журнале Scientific Reports . Прежде чем понять, в чем заключается суть работы и насколько справедливо называть ее сенсацией, необходимо разобраться, что дало изучение неприметной тли для современной биологии.

В это сложно поверить, но биологи совершенно серьезно называют бобовую тлю сверхорганизмом . Термин этот во многом искусственный и в случае многих животных выглядит натянуто. Им называют "организмы, состоящие из множества организмов" и подразумевают обычно колониальных насекомых. Тля, впрочем, колониальным насекомым никак не является, но при этом она, безусловно, - сверхорганизм.

Это скромное насекомое питается соком растений, высасывая его напрямую из сосудов, транспортирующих сахар от листьев к корню. Хорошо , что тля тесно взаимодействует с муравьями. Последние обеспечивают ей защиту от врагов в обмен на капельки сахарного сиропа. Сладкой дани для муравьев тлям не жалко - они все равно не могут усвоить то количество сахара, которое содержится в растительном соке.

В этом заключается один из парадоксов питания тли - несмотря на то, что сахара животные потребляют намного больше, чем могут усвоить, в некотором смысле они постоянно голодают. Дело в том, что в растительном соке не содержится почти ничего кроме сахара, и насекомые живут в условиях постоянной нехватки аминокислот, жиров, витаминов и микроэлементов. Даже когда поблизости нет муравьев, тля все равно выделяет сладкий раствор, предварительно отфильтровав из него полезные для нее вещества.

В скором времени после обнаружения у тлей симбиотических бухнерий энтомологи нашли их соседей. Ими оказались бактерии Serratia symbiotica , которые поселились в тле существенно позднее бухнерий и пока не потеряли способности жить вне хозяина. У некоторых тлей, впрочем, сотрудничество тли, бухнерии и серратии уже сильно продвинулось - оказалось, что некоторые аминокислоты серратии помогают синтезировать изнеженным бухнериям, потерявшим эту способность.

Третьим квартирантом сверхорганизма-тли оказались бактерии-защитники. Ученые установили, что Hamiltonella defensa помогает тле в борьбе против наездников. Эти осы являются, наряду с божьими коровками, одними из главных врагов тли. Наездники откладывают яйца в их тела. Личинка наездника, когда вылупляется из яйца, съедает тлю изнутри, а их мумифицированное тело использует вместо кокона. В свое время эта жестокость наездников произвела на Чарльза Дарвина настолько сильное впечатление, что он выдвинул их существование как один из аргументов против существования всеблагого Бога.

Последним же из известных на данный момент квартирантов тли оказались бактерии, которые помогают синтезировать яркие пигменты. Оказалось, что ярко зеленая окраска тлей определяется внутриклеточными бактериями Ricketsiella , которые помогают тлям синтезировать их специфические полициклические красители - афины. Зачем она необходима насекомым, пока сказать сложно, однако известно, что окраска играет важную роль при взаимодействии насекомого с хищниками. Из особей одного и того же вида наездники, например, предпочитают зеленых, а божьи коровки - красных тлей.

Говоря о животных с необычным способом питания, нельзя не упомянуть об уникальном моллюске Elysia chlorotica , освоившим “зеленые технологии”. На ранних этапах своего развития он выглядит и ведет себя как обычный морской слизень - питается водорослями и имеет буроватую окраску. Однако, в отличие от всех остальных растительноядных животных, он, как сказали бы экономисты, предпочитает рыбе удочку. Проще говоря, моллюск поглощает фотосинтетезирующие хлоропласты водоросли Vaucheria litorea , и сохраняет их внутри своих клеток живыми. Так же на заре своей эволюции поступили растения, поглотив однажды сине-зеленые водоросли. Разница заключается в том, что хлоропласты попадают в клетки моллюска беспомощными - за миллионы лет коэволюции они передали синтез девяноста процентов необходимых белков на откуп своим хозяевам. Поэтому моллюску приходится идти на ухищрения, чтобы сохранить хрупких эндосимбионтов. Он скопировал некоторые отвечающие за фотосинтез гены непосредственно из генома Vaucheria , в результате чего оказался способен поддерживать жизнь хлоропластов на протяжении примерно девяти месяцев. Именно столько длится его жизненный цикл.

С окраской тлей тоже не все просто. Частично она определяется афинами, а частично - каротиноидами. За синтез первых отвечают, как уже было сказано, риккетсиеллы, а вот ситуация с каротиноидами еще интереснее. Дело в том, что каротиноиды - очень распространенные пигменты, но синтезировать их ни одно животное не может. Ретинол, или витамин А представляет собой половины молекулы каротина. Как пигмент, который непосредственно воспринимает свет, он используется в глазах абсолютно всех организмов - от одноклеточных и до человека. Кроме того, каротиноиды играют важную и до сих пор не до конца понятную роль при взаимодействии с активными формами кислорода. Тем не менее, все животные вынуждены получать каротиноиды с пищей.

Тем не менее, даже самим авторам статьи осталось непонятно - зачем тлям самостоятельно синтезировать каротиноиды и почему в их теле содержится такое количество этих веществ.
Спустя два года французские ученые , что знают зачем - по их мнению, тли используют каротиноиды для питания солнечной энергией.

Необходимо сразу сказать, что фотосинтезом биологи называют фиксацию углекислого газа из воздуха и перевод его в органические вещества за счет энергии солнца. Само по себе использование энергии света называют фототрофией, а организмы, у которых оно встречается - фотогетеротрофами. Впрочем, это явление настолько редкое по сравнению с фотосинтезом, что ошибку в заголовке допустили даже научные редакторы Nature News.

Именно о фототрофии шла речь в последней статье французских ученых. Они установили, что насекомые, которых выращивают при различной температуре окружающей среды, приобретают различную окраску. Это, по словам авторов, происходит при помощи эпигенетических механизмов - внесения изменения не в саму ДНК, а в способ ее прочтения. Как бы то ни было, те животные, которых выращивали при 8 градусах Цельсия, становились зелеными, а те, что росли при 22 градусах - оранжевыми. Была еще группа просто бледных насекомых, которые жили в условиях повышенной скученности и недостатка ресурсов. Зеленые тли содержали наибольшее количество каротиноидов среди всех собратьев.

Elysia pusilla . Нажмите, чтобы увеличить. Фото с сайта blogs.ngm.com

Так вот, оказалось, что если тлю после заточения в темноте вынести на свет, в ее теле существенно повышается концентрация АТФ - энергетической валюты всякой клетки. Причем у зеленой тли энергетическая подзарядка происходит существенно быстрее, чем у оранжевой. У бледных насекомых, лишенных всяких пигментов, понятно, разницы в запасах АТФ в темноте и на свету не наблюдалось. Кроме того, пигмент оказался распределен непосредственно под поверхностью кутикулы насекомого, там, где наибольшее проникновение солнечных лучей.

Получается, тли все-таки научились извлекать энергию солнца? Да еще и обогнали в этом специалистов - растения, так как вовсе обходятся при этом без хлоропластов и хлорофилла, а используют для этого обычные каротиноиды, синтезированные семью украденными у грибов генами?

Честно говоря, в это очень сложно поверить. К чести авторов, возможность фототрофии они только предлагают в качестве гипотезы, а не считают ее доказанной. У всякого читателя статьи в Scientific Reports сразу возникает множество вопросов. Во-первых, непонятно, как именно передается электронное возбуждение, накапливаемое каротином. Авторы считают, что возбужденные электроны передаются на АТФ-синтазу, но никаких доказательств этому пока нет. Во-вторых, не ясно, какие гены участвуют в процессе. В-третьих, не показано, в каких именно клетках возрастает содержание АТФ - в тех же, что содержат каротиноиды или нет. В-четвертых, не показано - наблюдаемые изменения происходят в клетках тли или внутри ее многочисленных, как мы видели, эндосимбионтов?

Впрочем, все эти вопросы кажутся обычными придирками после того, как вспомнишь самый главный факт о жизни тли - то, чем она питается. Один из авторов той самой статьи в Science , где был показан горизонтальный перенос генов синтеза каротиноидов, прокомментировал новую работу следующим образом: "Получение энергии - самая незначительная проблема в жизни тли. Ее диета чуть менее чем полностью состоит из сахара, большую часть которого она не способна использовать".
В свете этого факта обнаружение у насекомого растительных способностей выглядит весьма подозрительно.

Восточная изумрудная элизия (Elysia chlorotica) – уникальный вид морских брюхоногих моллюсков. В процессе своей эволюции элизия стала единственным животным (из известных науке), которое пользуется фотосинтезом для питания.

«Elysia chlorotica» или «восточная изумрудная элизия»

Elysia chlorotica обитает вдоль атлантического побережья США и Канады. Ее молодые особи изначально не представляют собой ничего необычного и имеют коричневатую с красными вкраплениями окраску. Но по мере взросления элизия начинает питаться водорослями Vaucheria litorea , прокалывая ее клетки своей теркой-радулой и высасывая все содержимое. Содержащиеся внутри клетки хлоропласты отфильтровываются и ассимилируются с собственными клетками моллюска.

Напомним, что хлоропласты – это компоненты клеток растений, при помощи которых осуществляется процесс фотосинтеза, то есть процесс преобразования солнечной энергии в энергию связей. Хлоропласты содержат фотосинтетический пигмент хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет.

Постепенно поглощая все больше хлоропластов, моллюск меняет свой цвет от коричневого до зеленого. После накопления достаточного количества хлоропласта животное переходит на питание солнечной энергией и получает глюкозу в процессе фотосинтеза. Это умение дает восточной изумрудной элизии возможность пережить периоды, когда водоросли Vaucheria litorea недоступны. Интересно, что даже если моллюск будет долгое время оставаться в тени на глубине, и все накопленные хлоропласты погибнут, восточная изумрудная элизия может вновь начать питаться водорослями и накапливать хлоропласт для фотосинтеза.

На данный момент Vaucheria litorea – единственное известное животное, умеющее осуществлять процесс фотосинтеза.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Фотосинтезирующие бактерии (другое название – фототрофные) – разновидность микроорганизмов-автотрофов, способных самостоятельно производить из неорганических веществ органические. Присутствующие в их клетках пигменты поглощают энергию Солнца и используют ее для фотосинтеза. Такая способность сближает фотосинтезирующие бактерии, водоросли и высшие растения. Альтернативой при отсутствии света является хемосинтез (от латинского хемо – химический) – получение энергии от окисления химических соединений.

В настоящее время описано более 50 видов фотосинтезирующих микроорганизмов. Их способность к фотосинтезу была доказана американским ученым голландского происхождения Корнелисом Бернардусом ван Нилем в 1931 году. Он же обнаружил одну особенность фотосинтеза у серобактерий – то, что донором атомов водорода у них являются соединения серы, в частности, сероводород. Им было предложено уравнение фотосинтеза, объединявшее высшие растения и фотосинтезирующие бактерии.

Автотрофные бактерии часто являются жителями водоемов. В природной среде редко встречаются одиночные клетки – чаще они образуют объединения в виде цепочек, звезд, ячеек или пластинок, окруженные защитной слизью. Длина клеток колеблется от 1-2 до 50 мкм. Они имеют различную геометрию – известны кокки, палочки, извитые; могут быть подвижными и неподвижными, иметь выросты, ворсинки или жгутики. Такое строение позволяет им демонстрировать различные виды ориентированного движения – фото-, хемо- и аэро таксис (движение в направлении источника света, повышения или понижения концентрации в воде химических веществ или воздуха). Самыми крупными являются пурпурные серобактерии (Purple bacteria). Размножаются они простым (бинарным) делением или почкованием, не окрашиваются по Граму (грамотрицательны).

Строение автотрофных бактерий имеет ряд особенностей, большинство из которых связано с их способностью к хемо- и фотосинтезу. В частности, мембраны фотосинтезирующих форм образуют в клетках структуры, называемые тилакоидами, на поверхности которых собран фотосинтезирующий аппарат. Строение автотрофных бактерий дало повод биологам считать, что высшие растения наличием хлоропластов обязаны бактериям-симбионтам.

Интересной особенностью бактериального фотосинтеза считается то, что не всегда в его результате образуется кислород. Мало того, многие фотосинтезирующие бактерии – анаэробы и не могут жить в присутствии кислорода, предпочитая окислять сероводород, тиосульфаты, молекулярный водород, серу, которая дальше может превращаться в сульфаты.

Бактериальный фотосинтез не всегда протекает с потреблением углекислого газа. Вместо него фотосинтезирующие микроорганизмы могут использовать другие вещества – соединения серы, например.

Существуют фотоавтотрофные и фотогетеротрофные бактерии. Первые способны жить без органических веществ, синтезируя для себя все необходимое самостоятельно, вторые – не имеют такой способности и нуждаются в органике для полноценного роста.

К фотосинтезирующим бактериям относят оксигенные и аноксигенные микроорганизмы.

Оксигенные

В результате фотосинтеза выделяют кислород. К их числу относят цианобактерии (в том числе азотфиксирующие), которые содержат в своих клетках хлорофилл А, как и фотосинтезирующие растения. Ассимиляция углекислого газа у фотосинтезирующих цианобактерий, которые также называют синезелеными водорослями, происходит с использованием водорода молекул воды.

Аноксигенные

Эти фотосинтезирующие микроорганизмы проводят фотосинтез, не выделяя при этом кислород. В них содержатся бактериохлорофиллы, отличающиеся от тех, которые используют для фотосинтеза растения. В эту группу входят две разновидности микроорганизмов:

1. Пурпурные несерные бактерии, для которых донором водорода выступают органические соединения. Среди них встречаются виды, способные жить на средах, в которых нет органики. Однако основное их число считается облигатными гетеротрофами, то есть нуждаются в органических веществах для своего существования.
2. Пурпурные и зеленые серобактерии, использующие в качестве поставщика водорода не воду, а сероводород. Последние образуют цветные слои воды и налеты на камнях пресных и соленых водоемов и накапливают в своих клетках серу.
3. Зеленые серобактерии и цианобактерии являются облигатными фототрофами и не могут существовать без света. Пурпурные несерные бактерии относятся к числу факультативных фототрофов и способны длительное время существовать без света или при низкой освещенности. Промежуточное положение занимают пурпурные серные бактерии.
4. Недавно были обнаружены нитчатые зеленые несерные бактерии, неспособные откладывать серу внутри клеток. Они представляют собой однородную группу видов, отличающихся способом питания (гетероавтотрофный), и способных жить на органических субстратах, которые содержат сероводород и молекулярный водород. Среди них много грамположительных и грамвариабельных видов, окраска которых зависит от условий их существования.

Фотосинтез и азотфиксация

Азотфиксация – процесс, который смогли освоить только прокариоты, организмы, не имеющие оформленных и окруженных мембраной ядер. Происходит он при помощи специального фермента, названого нитрогеназой. Азотфиксация является разновидностью хемосинтеза. Интересно, что азотфиксирующие хемосинтетические бактерии — облигатные анаэробы, могут одновременно иметь способность к фотосинтезу и наоборот, то есть являются хемо- и фотосинтетиками.

Многие азотфиксирующие бактерии способны к фотосинтезу. В первую очередь это цианобактерии. Строение клеток этих микроорганизмов позволяет им разделять во времени две фазы – днем они фотосинтезируют с образованием кислорода, а ночью занимаются азотфиксацией. Изучение жизненного цикла цианобактерии анабены (анабэны) продемонстрировало и другой механизм, позволяющий совмещать хемо- и фотосинтез в колонии бактерий. При снижении количества углекислого газа в окружающей среде, некоторые клетки прекращают фотосинтез и превращаются в гетероцисты, внутри которых начинается азотфиксация. Интересно, что при этом соседние клетки, имеющие различный метаболизм, способны обмениваться между собой его продуктами, обеспечивая существование всей колонии.

Пигменты

Цвет фотосинтезирующих бактериальных колоний зависит от того, какие пигменты содержатся в их клетках. Различают три вида фотосинтетических пигментов – зеленые хлорофиллы, оранжевые каротиноиды и коричневые фикобилины, входящие в состав так называемых пигментных антенн, строение которых видоспецифично, а также зависит от интенсивности света.

Бактерии, осуществляющие аноксигенный фотосинтез, имеют пигментные центры только одного типа, цианобактерии и другие оксигенные микроорганизмы – два центра, соединенные последовательно. Реакционным центром светособирающих пигментных антенн являются хлорофилл А или бактериохлорофиллы A, B и G. Цианобактерии, как и высшие растения, используют первые пигменты.

Характерной особенностью фикобилинов является то, что они соединяются в комплексы со специфичными белками, пронизывающими мембраны.

Автотрофы без хлорофилла

Такие необычные автотрофы были обнаружены среди архебактерий Мертвого моря. В их клетках отсутствуют зеленые хлорофиллы – вместо них так называемые галобактерии содержат бактериородопсин, расположенный на поверхности клеточных мембран. Его строение весьма интересно – это комплекс пигмента ретиналя и специального белка.

Фотосинтезирующие галобактерии являются гетеротрофами, живущими в среде с высоким содержанием солей. Их колонии имеют оранжево-желтый цвет из-за содержания в клетках большого количества каротиноидов. Фотосинтез у данных организмов начинается только в условиях низкой концентрации кислорода. Они не могут существовать в слабосоленых условиях и демонстрируют положительный хемотаксис (движение) в сторону мест с высоким содержанием солей.

Фотосинтез - это процесс поглощения организмами световой солнечной энергии и преобразования ее в химическую энергию. Кроме зеленыл растений, водорослей к фотосинтезу способны и другие организмы - некоторые простейшие, бактерии (цианобактерии, пурпурные, зеленые, галобактерии). Процесс фотосинтеза у этих групп организмов имеет свои особенности.

При фотосинтезе под действием света с обязательным участием пигментов (хлорофилла - у высших растений и бактериохлорофилла - у фотосинтезирующих бактерий) из углекислого газа и воды образуется органическое вещество. У зеленых растений выделяется при этом кислород.

Все фотосинтезирующие организмы называются фототрофами, поскольку для получения энергии они используют солнечный свет. За счет энергии этого уникального процесса существуют все остальные, гетеротрофные организмы на нашей планете (см. Автотрофы, Гетеротрофы).

Процесс фотосинтеза идет в пластидах клетки - хлоропластах. Компоненты фотосинтеза - пигменты (зеленые - хлорофиллы и желтые - каротиноиды), ферменты и другие соединения - упорядоченно располагаются в мембране тилакоидов или строме хлоропласта.

Молекула хлорофилла имеет систему сопряженных двойных связей, благодаря чему при поглощении кванта света она способна перейти в возбужденное состояние, т. е. один из ее электронов изменяет свое положение, поднимаясь на более высокий энергетический уровень. Это возбуждение передается так называемой основной молекуле хлорофилла, которая способна к разделению заряда: отдает электрон акцептору, который отправляет его по системе переносчиков в электронно-транспортную цепь, где электрон отдает энергию в окислительно-восстановительных реакциях. За счет этой энергии протоны водорода «перекачиваются» с внешней стороны мембраны тилакоидов на внутреннюю. Образуется разность потенциалов водородных ионов, энергия которой идет на синтез АТФ (см. Аденозинтрифос-форная кислота (АТФ). Образование АТФ в процессе фотосинтеза называется фотофосфо-рилированием в отличие от окислительного фосфорилирования, т. е. образования АТФ за счет процесса дыхания.

Молекула хлорофилла, отдавая электрон, окисляется. Возникает так называемая электронная недостаточность. Чтобы процесс фотосинтеза не прерывался, она должна быть возмещена другим электроном. Откуда же он берется? Оказывается, источник электронов, а также протонов (помните, они создают разность потенциалов по обе стороны мембраны) - вода. Под действием солнечного света, а также с участием особого фермента зеленое растение способно фотоокислять воду:

2Н 2 O →свет,фермент→ 2Н + + 2ẽ + 1/2O 2 + Н 2 O

Полученные таким образом электроны заполняют электронную недостаточность в молекуле хлорофилла, протоны же идут на восстановление НАДФ (активной группы ферментов, транспортирующих водород), образуя еще один энергетический эквивалент НАДФ Н в дополнение к АТФ. Помимо электронов и протонов при фотоокислении воды образуется кислород, благодаря которому атмосфера Земли пригодна для дыхания.

Энергетические эквиваленты АТФ и НАДФ Н расходуют свою энергию макро-эргических связей на нужды клетки - на движение цитоплазмы, транспорт ионов через мембраны, синтез веществ и т. д., а также обеспечивают энергией темновые биохимические реакции фотосинтеза, в результате которых синтезируются простые углеводы и крахмал. Эти органические вещества служат субстратом для дыхания или расходуются на рост и накопление биомассы растения.

Продуктивность сельскохозяйственных растений тесно связана с интенсивностью фотосинтеза.