Углерод – основа жизни на земле

     Министерство  образования и науки Российской Федерации

     Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

     «Поволжская государственная социально-гуманитарная академия»

     Естественно-географический факультет

     Реферат 

     «Углерод  – основа жизни на земле» 
 
 
 

     Выполнил: студент V курса

                                                               Курмаев Ю. А.

                                                                   Проверила: к.п.н.,

                                                                            доцент Нелюбина Е. Г. 
 
 
 
 

     Самара 2012

Углекислый  газ, глюкоза и  углеродная жизнь

На первый взгляд, эти понятия совершенно не связаны между собой. Но это - только на первый взгляд. Разобраться в  этих понятиях крайне необходимо, чтобы  глубже понять все происходящие в  органической жизни процессы, а также  разобраться в обменных процессах  при изучении Природного земледелия. Это понимание поможет вам  уяснить, что такое сама Жизнь (углеродная). Эта оговорка не случайна, потому что  не вся Жизнь на планете Земля  представлена только в углеродной форме, как считалось до недавнего времени. Но об этом позже.

Вся наша жизнь, как и жизнь окружающих нас "живых" существ, возможна благодаря  главному химическому элементу этой жизни - углероду (С). Да, мы - существа, как и все остальные, наполовину состоящие из угля - углерода. Этот внушительный удельный вес объясняется универсальностью данного элемента, способного вступать в самые различные химические реакции почти со всеми другими химическими элементами (известными науке). Углерод образовывает с ними самые разные соединения - от самых простых (как глюкоза - соединение углерода с водой), до невероятно огромных полимеров (имеющих большой размер, меру); примером полимеров в быту могут быть различные пластмассы. Углерод способен создавать бесконечные формы, цепи и структуры, вступая в химические реакции почти со всеми веществами, что оказываются поблизости. Все углеродные соединения и их свойства в живой природе изучает специальный раздел химии - биохимия, или по-другому - "химия жизни", а в неживой природе - органическая химия.

Но прежде чем пойти в своих объяснениях  дальше, я должен познакомить вас  с некоторыми понятиями. Процесс  соединения химических элементов иначе  называется синтез (этот термин так и переводится - "соединение"). Процесс разложения, или расчленения сложных химических соединений до более простых называется анализ (переводится как "разложение", "расчленение"). Но эти процессы в органической химии невозможны сами по себе, т.е. бесконтрольно, и природа мудро придумала специальные вещества для этого. Таким образом, в процессе соединения (или синтеза) используются специальные вещества, которые управляют этим процессом, ускоряя его, и называются они катализаторы. Они взаимодействуют с исходными веществами химических реакций, но не расходуются и не входят в состав синтезируемых продуктов. Это своего рода нейтральные "ускорители"; без их присутствия синтез либо невозможен, либо протекает очень медленно (но сами они при этом остаются неизменными).

Роль  ускорителей химических реакций  в живых клетках выполняют  вещества несколько другой структуры, специальные белки - ферменты, очень сложные специфические соединения. Это тоже катализаторы, но для процессов в живых клетках, или живой природе. В основе биокатализа, или ферментативного катализа лежат те же химические закономерности, что и в основе небиологического катализа (ускорение химических реакций, их контроль).  
Ферменты, или биологические катализаторы присутствуют во всех живых клетках. Без них не обходится ни одна химическая реакция. Они своего рода строгие "контролеры". Но их роль двояка: ферменты участвуют как в синтезе (соединении), так и в анализе (расщеплении) - в этом их универсальность. Но каждый вид ферментов "ускоряет", или катализирует, превращение определенных веществ, иногда лишь единственного и в единственном направлении (синтеза или анализа). Поэтому многочисленные химические реакции в организме животных и растений осуществляются огромным количеством различных ферментов. Так мудро задумано природой - чтобы химические реакции не происходили сами по себе, стихийно, а строго регламентировались в зависимости от потребностей организма. Это самая общая схема порядка биохимических процессов, это регулирующая основа жизни.

Итак, мы уяснили, что без ферментов - биологических  катализаторов - ничего не происходит в органической жизни, никакие биохимические  реакции и превращения. Ферменты - основа биохимии животных, растений и  грибов. Но в первичном процессе синтеза - образовании молекулы глюкозы  как основы всей органической жизни  и источника энергии - роль "катализатора" в листьях растений (если допустить  такое сравнение) выполняет зелёное  вещество - хлорофилл. Процесс этот сложный, я не стану его описывать. Для общего понимания сути этого  и не требуется - просто следует знать, что такой процесс происходит. Далее все функции передаются ферментам, основным регуляторам биохимических  процессов. Эти понятия пригодятся нам для дальнейшего изучения процессов синтеза (образования) гумуса, процессов "переваривания" (расщепления) микробами, грибами и червями  разлагающихся органических остатков (детрита) под действием ферментов. 
Но вернемся к углероду как основному химическому элементу, составляющему органическую жизнь. Я уже упомянул, что первичным органическим веществом, в состав которого входит углерод, является глюкоза. Глюкоза (дословный перевод - "сладкая") - моносахарид, наиболее распространенный в природе. В свободном состоянии глюкоза содержится в мёде, нектаре, тканях растений и животных, крахмале, является составной частью клетчатки и лигнина (полимеров, составляющих "остов" растений). Глюкоза в организме растений и животных - главный источник энергии. Углеродный обмен очень сложный, но всё начинается с образования глюкозы, а заканчивается расщеплением глюкозы.

Вот как  это выглядит в упрощенной схеме. При синтезе идет поглощение солнечной энергии листьями растений, и под действием хлорофилла из углекислого газа и воды образуется молекула глюкозы (для этого требуется несколько молекул углекислого газа и воды). При расщеплении молекулы глюкозы под действием ферментов происходит обратный процесс - высвобождение энергии и образование молекул углекислого газа и воды. Таким образом, при синтезе идет поглощение энергии, при расщеплении - выделение энергии. Именно таким способом растения, животные и человек получают энергию для своего роста и движения во всём организме.  
Здесь существует очень важный момент для понимания: эти процессы сопровождаются выделением и поглощением молекул кислорода (часть процесса дыхания). При синтезе молекулы глюкозы кислород выделяется листьями растений (весь этот процесс называется "углеродное питание растений"). При расщеплении молекулы глюкозы, наоборот, идет поглощение молекул кислорода (процесс под названием "окисление"); при окислении происходит высвобождение энергии. Всё это сопровождается процессами обмена (поглощением кислорода и высвобождением молекул углекислого газа) под названием "дыхание". Вот почему так важен кислород воздуха в обменных процессах: без него невозможны процессы дыхания и окисления, а в итоге - получения энергии, необходимой для роста. Не менее важен и углекислый газ воздуха как поставщик углеродного питания растений (и источник кислорода при синтезе молекул глюкозы).

В природе  эти процессы взаимно уравнивают друг друга: в замкнутой системе - сколько элементов углерода и  кислорода расходуется, столько  же их и выделяется. Эти процессы постоянно взаимосвязаны, и если какого-то элемента не хватает, происходит нарушение самой жизни. При нехватке кислорода растения, животные и человек  задыхаются; без кислорода растения не могут получить энергию для  роста. И при нехватке углекислого  газа прекращается рост растений. И  это очень важный момент для понимания. Растениям "как воздух" необходим  углекислый газ; без него они ни могут  расти, строить ткани своего организма. Однако содержание углекислого газа в атмосферном воздухе очень мало (около 0,03%). В солнечные дни растения поглощают углекислый газ столь интенсивно, что его концентрация в непосредственной близости от листьев заметно падает.

При безветренной погоде культуры открытого грунта часто  испытывают углеродное голодание, не говоря уже о теплицах, где доступ атмосферного воздуха резко ограничен. Обеспеченность углекислым газом оказывает огромное влияние на рост растений, их плодоношение и здоровье. Если концентрация углекислого  газа снижается в 3-6 раз, то фотосинтез (образование глюкозы в листьях) падает до критического уровня, и прироста массы растений не происходит. Углеродное голодание не только снижает урожай, но и ослабляет иммунитет - способность  растений противостоять инфекциям.  
Как же исправить ситуацию? Нет, тут нам не поможет вентилятор или баллон углекислого газа. Помните, я приводил данные: за год создается такая биомасса растений, что содержание углерода в ней в несколько раз превышает его содержание при сжигании всех видов топлива за год. И даже это не решит проблемы!

Основными поставщиками углекислого газа в  почву и атмосферу (особенно, в  её приземный слой) являются почвенные  обитатели: аэробные микробы, грибы  и животные (черви и др.). Именно они "производят" необходимое  растениям количество углекислого  газа как источника их углеродного  питания. Поэтому, заботясь о повышении количества этих "незримых помощников" - микробов, грибов и червей - мы улучшаем условия жизни нашим растениям, обеспечивая их углеродом - основным источником питания растений.  
Так вот о чём надо заботиться в первую очередь! Не "удобрять" почву химическими удобрениями - они яд для микробов, грибов и червей - а, наоборот, ни в коем случае не применять химические удобрения. Как бы ни описывали "внешне убедительно" сторонники такой агротехники полезность удобрений для получения больших урожаев - знайте, это самообман. В погоне за прибавкой урожая люди начинают принимать эти слова на веру головой, и не "думают сердцем" - они забывают, что сами являются частью природы, которую губят своими неразумными действиями.  
Прошу вас, не уподобляйтесь глупцам.

Чтобы получать высокие урожаи и здоровую продукцию, вовсе не нужны удобрения. Для этого достаточно понять истинные процессы, которые происходят в природе, и сделать правильный вывод: надо "разводить" наших помощников - микробов, грибы и червей - у себя на огороде и в саду, как разводят домашних животных, заботясь об их численности  и здоровье. Как это делать, я  рассказывал в предыдущей статье, но повторюсь. Необходимо создать им "дом" - толстый слой органической мульчи, что одновременно обеспечит  их и кормом. Вот и весь "секрет" больших урожаев, и при том  БЕСПЛАТНО. В природе всё сбалансировано и взаимосвязано - только не надо об этом забывать и от этого отступать, нарушать этот баланс. 
Итак, я рассказал вам об основных понятиях углеродной жизни на Земле, о её основе - углероде и глюкозе. Усвоив это, вы поймёте все тонкости Природного земледелия.

В конце - небольшое отступление от этой темы. До недавнего времени считалось, что основой жизни на Земле  является углерод. Но оказалось, что  таким же универсальным химическим элементом является кремний, местоположение которого в периодической системе  химических элементов по отношению  к углероду отличается на порядок. Кремний, как и углерод, способен вступать в химические реакции практически  со всеми элементами. Он образует (на 87%) основной пласт поверхности Земли, её "кору" в виде различных минералов. Теоретически ученые допускали возможность  существования "кремниевой жизни", но не находили таких доказательств на Земле; высказывались предположения о существовании кремниевой формы жизни на других планетах. Но относительно недавно и на Земле были обнаружены существа, в основе жизни которых лежит кремний, а не углерод. Это глубоководные губки, которым совсем не нужен солнечный свет; они способны развиваться и жить в кромешной тьме. Ученые сейчас изучают такое проявление жизни. Из этого примера следует очевидное: гипотезы о том, что и камни "живые" имеют под собой реальное обоснование и подтверждение. Кстати, компьютерный "интеллект" основан на кремниевых соединениях. 
Эта информация никак не относится к теме Природного земледелия, разве что еще раз подтверждает мысль о том, что ещё не познан мир вокруг нас - многообразный и огромный (а, вместе с тем, он хрупкий и уязвимый). Это еще один аргумент в пользу того, что если мы чего-то не понимаем в Природе (в силу своей ограниченности), это вовсе не значит, что этого не существует. Ведь человечество пока не знает и доли того, что происходит в Природе на самом деле - но, при этом, оно берёт на себя смелость активно вмешиваться в её процессы, не предполагая о последствиях. Подумайте над этим.