Есть ли у человека способность к фотосинтезу. Elysia chlorotica — единственное известное животное с фотосинтезом. 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.

Исследователи давно обратили внимание на «сотрудничество» пятнистой амбистомы (Ambystoma maculatum) и одноклеточных водорослей Oophilia amblystomatis. Жизненный цикл амбистомы начинается с икринки изумрудно-зеленого цвета. Такой окрас обусловлен присутствием в зародыше земноводного одноклеточных водорослей (которые, кстати, больше в природе нигде не встречаются — только в икринках некоторых видов амбистом).

Ранее считалось, что водоросли присутствуют только в желеобразном веществе икринки, окружающем зародыш, который выделяет богатые азотом и углекислым газом продукты жизнедеятельности. А водоросли перерабатывают это «сырье» в энергию, снабжая эмбрион кислородом. Однако их симбиоз оказался гораздо более тесным.

Райан Керни (Ryan Kerney) из Университета Далхаузи (Канада) показал, что водоросли обитают внутри клеток как зародыша, так и взрослого земноводного. Причем они там не только живут, но и предположительно работают, снабжая клетки амбистомы кислородом и углеводами — прямыми продуктами фотосинтеза.

Подобное взаимодействие с фотосинтезирующими организмами ранее было замечено у некоторых беспозвоночных (например, кораллов). Но приобретенная иммунная защита позвоночных обычно уничтожает весь чужеродный биологический материал, попавший во внутреннюю среду организма. Поэтому считалось, что «система безопасности» не позволит внутриклеточным симбионтам спокойно жить и трудиться. Но в данном случае либо клетки амбистомы как-то «отключили» защитные механизмы, либо водоросли нашли способ их обойти.

На изображениях, полученных с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), видно, что вокруг водоросли, обитающей внутри клетки амбистомы, собирается несколько митохондрий . Митохондрии — это внутриклеточные «электростанции», превращающие кислород и продукты глюкозы в АТФ , универсальный источник энергии. Предположительно, митохондрии подбираются к водоросли неспроста, рассчитывая воспользоваться продуктами фотосинтеза — кислородом и углеводами.

Каким же образом водоросли попадают внутрь эмбриона? Вероятно, это происходит в то время, когда начинает формироваться нервная система будущей амбистомы. Видео, позволившее увидеть этот промежуток жизни икринки «в ускоренном воспроизведении», демонстрирует ярко-зеленую «вспышку» рядом с зародышем. Эта «вспышка» — не что иное, как резкий рост числа водорослей, вызванный, вероятно, «выбросом» богатых азотом продуктов жизнедеятельности эмбриона. А если есть выход для соединений азота — значит, есть и вход для многочисленных водорослей, которым некоторые из них не преминут воспользоваться.

Такая схема объясняет, почему ранее исследователям не удавалось обнаружить водоросли в клетках эмбрионов: они изучали икринки, еще не прошедшие стадию «зеленой вспышки». Количество водорослей внутри клеток земноводного в это время было очень небольшим. Однако нельзя утверждать, что их не было вовсе.

Одно из любопытных открытий Керни — присутствие водорослей в яйцеводах взрослых самок Ambystoma maculatum, где формируются желеобразные «мешки», окружающие эмбрион. Этот факт указывает на возможность передачи водоросли-симбионта от матери к потомству.

Амбистомы способны вырастить утраченную конечность. Почти все клетки взрослого земноводного сохраняют плюрипотентность — способность делиться и превращаться в другие типы клеток. Вполне возможно, что некоторые клетки Ambystoma maculatum выработали способность принимать водоросли-симбионты благодаря тому, что их процессы «самоидентификации» идут не так, как у клеток других животных.

Некоторые организмы способны захватывать энергию солнечного света и использовать ее для производства органических соединений. Этот процесс, известный как фотосинтез, необходим для поддержания жизни, поскольку обеспечивает энергию как для производителей, так и для потребителей. Фотосинтезирующие организмы, также известные как фотоавтотрофы, являются организмами, способными к процессу фотосинтеза, и включают высшие растения, некоторые (водоросли и эвглена), а также бактерии.

При фотосинтезе световая энергия преобразуется в химическую энергию, которая хранится в виде глюкозы (сахара). Неорганические соединения (диоксид углерода, вода и солнечный свет) используются для производства глюкозы, кислорода и воды. Фотосинтезирующие организмы используют углерод для получения органических молекул (углеводов, липидов и белков), которые необходимы для построения биологической массы.

Кислород, образующийся в виде побочного продукта фотосинтеза, используется многими организмами, включая растения и животных, для . Большинство организмов полагаются на фотосинтез, прямо или косвенно, для получения питательных веществ. Гетеротрофные организмы, такие как животные, большинство и , не способны к фотосинтезу или продуцированию биологических соединений из неорганических источников. Таким образом, они должны потреблять фотосинтетические организмы и другие автотрофы для получения питательных веществ.

Первые фотосинтезирующие организмы

Мы очень мало знаем о самых ранних источниках и организмах фотосинтеза. Были многочисленные предложения относительно того, где и как возник этот процесс, но нет прямых доказательств для подтверждения любого из возможных происхождений. Имеются внушительные доказательства того, что первые фотосинтезирующие организмы появились на Земле примерно от 3,2 до 3,5 млрд лет назад в виде строматолитов, слоистых структур, подобных формам, которые образуют некоторые современные цианобактерии. Существует также изотопное доказательство автотрофной фиксации углерода около 3,7-3,8 миллиарда лет назад, хотя нет ничего, что указывало бы на то, что эти организмы были фотосинтезирующими. Все эти утверждения о раннем фотосинтезе весьма противоречивы и вызвали множество споров в научном сообществе.

Хотя считается, что жизнь впервые появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад, вероятно, ранние организмы не метаболизировали кислород. Вместо этого они полагались на минералы, растворенные в горячей воде вокруг вулканических жерл. Возможно, что цианобактерии начали производить кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза. По мере роста концентрации кислорода в атмосфере, он начал отравлять многие другие формы ранней жизни. Это привело к эволюции новых организмов, которые могли использовать кислород в процессе, известном как дыхание.

Современные фотосинтезирующие организмы

К основным организмам, которые перерабатывают энергию солнца в органические соединения относятся:

• Растения;
• Водоросли (диатомовые водоросли, фитопланктон, зеленые водоросли);
• Эвглена;
• Бактерии - цианобактерии и аноксигенные фотосинтетические бактерии.

Фотосинтез в растениях

Происходит в специализированных органеллах , называемых . Хлоропласты встречаются в листьях растений и содержат пигмент хлорофилл. Этот зеленый пигмент поглощает световую энергию, необходимую для процесса фотосинтеза. Хлоропласты содержат внутреннюю мембранную систему, состоящую из структур, называемых тилакоидами, которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию. Двуокись углерода превращается в углеводы в процессе, известном как фиксация углерода или цикл Кальвина. Углеводы могут хранится в виде крахмала, используемого во время дыхания или для производства целлюлозы. Кислород, который образуется в процессе, выделяется в атмосферу через поры в листьях растений, называемые устьицами.

Растения и цикл питательных веществ

Растения играют важную роль в цикле питательных веществ, в частности, углерода и кислорода. Водные и наземные растения (цветущие растения, мхи и папоротники) помогают регулировать углерод в атмосфере, удаляя углекислый газ из воздуха. Растения также важны для производства кислорода, который выделяется в воздух как ценный побочный продукт фотосинтеза.

Водоросли и фотосинтез

Водоросли представляют собой , которые имеют характеристики как растений, так и животных. Как и животные, водоросли способны питаться органическим материалом в окружающей их среде. Некоторые водоросли также содержат и структуры, обнаруженные в , такие как и . Как и растения, водоросли содержат фотосинтетические органеллы, называемые хлоропластами. Хлоропласты содержат хлорофилл - зеленый пигмент, который поглощает световую энергию для фотосинтеза. Водоросли также имеют другие фотосинтетические пигменты, такие как каротиноиды и фикобилины.

Водоросли могут быть одноклеточными или существовать в виде больших многоклеточных организмов. Они живут в различных местах обитания, включая соленые и пресные водные среды, влажную почву или породы. Фотосинтезирующие водоросли, известные как фитопланктон, встречаются как в морской, так и в пресноводной среде. Морской фитопланктон состоит из диатомей и динофлагеллятов. Пресноводный фитопланктон включает зеленые водоросли и цианобактерии. Фитопланктон плавает вблизи поверхности воды, чтобы получить лучший доступ к солнечному свету, который необходим для фотосинтеза. Фотосинтетические водоросли жизненно важны для глобального цикла веществ, таких как углерод и кислород. Они поглощают углекислый газ из атмосферы и генерируют более половины кислорода на планетарном уровне.

Эвглена

Эвглена - одноклеточные протисты, которые были классифицированы по типу эвгленовые (Euglenophyta ) с водорослями из-за своей способности к фотосинтезу. В настоящее время, ученые считают, что они не являются водорослями, а приобрели свои фотосинтетические способности через эндосимбиотические отношения с зелеными водорослями. Таким образом, эвглена была помещена в типологию эвгленозои (Euglenozoa ).

Фотосинтетические бактерии:

Цианобактерии

Цианобактерии - это кислородные фотосинтетические бактерии. Они собирают солнечную энергию, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Как растения и водоросли, цианобактерии содержат хлорофилл и превращают углекислый газ в глюкозу через фиксацию углерода. В отличие от эукариотических растений и водорослей, цианобактерии являются прокариотическими организмами. Им не хватает окруженного мембраной , хлоропластов и других органелл, обнаруженных в клетках растений и водорослей. Вместо этого цианобактерии имеют двойную наружную и сложенные внутренние тилакоидные мембраны, которые используются при фотосинтезе. Цианобактерии также способны к фиксации азота, процесс превращения атмосферного азота в аммиак, нитрит и нитрат. Эти вещества абсорбируются растениями для синтеза биологических соединений.

Цианобактерии встречаются в различных наземных и водных средах. Некоторые из них считаются , потому что обитают в чрезвычайно суровых условиях, например горячие источники и гиперсоленные водоемы. Цианобактерии также существуют как фитопланктон и могут жить в других организмах, таких как грибы (лишайники), простейшие и растения. Они содержат пигменты фикоэритрин и фикоцианин, которые отвечают за их сине-зеленый цвет. Эти бактерии иногда ошибочно называют сине-зелеными водорослями, хотя они вообще к ним не принадлежат.

Аноксигенные бактерии

Аноксигенные фотосинтетические бактерии представляют собой фотоавтотрофы (синтезируют пищу с использованием солнечного света), которые не продуцируют кислород. В отличие от цианобактерий, растений и водорослей, эти бактерии не используют воду в качестве донора электронов в транспортной цепи электрона при производстве АТФ. Вместо этого они используют водород, сероводород или серу в качестве основных доноров электронов. Аноксигенные бактерии также отличаются от цианобактерий тем, что у них нет хлорофилла для поглощения света. Они содержат бактериохлорофилл, который способен поглощать более короткие волны света, чем хлорофилл. Таким образом, бактерии с бактериохлорофиллом, как правило, обнаруживаются в глубоких водных зонах, куда могут проникать более короткие длины волн света.

Примеры аноксигенных фотосинтетических бактерий включают пурпурные и зеленые бактерии. Пурпурные бактериальные клетки бывают разных форм (сферические, стержневые, спиральные), и они могут быть подвижными или не подвижными. Пурпурные серные бактерии обычно встречаются в водных средах и серных источниках, где присутствует сероводород и отсутствует кислород. Пурпурные несерные бактерии используют более низкие концентрации сульфида, чем пурпурные серные бактерии. Зеленые бактериальные клетки обычно имеют сферическую или стержнеобразную форму, и в основном не подвижны. Зеленые серные бактерии используют сульфид или серу для фотосинтеза и не могут жить при наличии кислорода. Они процветают в богатых сульфидами водных средах и иногда образуют зеленоватый или коричневый окрас в своих местах обитания.

Обнаружив механизм, с помощью которого животные, подобно растениям, осуществляют фотосинтез, учёные задумались о возможности перевода человека на полное обеспечение солнечной энергией

Представьте, что было бы, если бы люди, как растения, могли питаться напрямую солнечной энергией. Это определённо облегчило бы нам жизнь: бесчисленные часы, потраченные на покупку, приготовление и поедание пищи можно было бы потратить на что-нибудь другое. Чрезмерно эксплуатируемые сельскохозяйственные земли вернулись бы к природным экосистемам. Резко упали бы уровни голода, недоедания и болезней, распространяющихся через пищеварительный тракт.

Однако люди и растения уже сотни миллионов лет не имеют общего предка. Наша биология кардинально отличается почти во всех аспектах, поэтому может показаться, что нет способа спроектировать человека так, чтобы он мог осуществлять фотосинтез. Или же это всё-таки возможно?

Эту проблему тщательно изучают некоторые специалисты по синтетической биологии, которые даже пытались создать собственных растительно-животных гибридов. И хотя мы пока далеки от создания способного к фотосинтезу человека, в результате нового исследования был обнаружен интригующий биологический механизм, который может поспособствовать развитию этой зарождающейся области науки.

Elysia chlorotica — животное, способное осуществлять фотосинтез подобно растениям

Недавно представители Морской биологической лаборатории, расположенной в американской деревне Вудс Холл, сообщили, что учёные разгадали секрет Elysia chlorotica — бриллиантово-зелёного морского слизня, который выглядит, как лист растения, питается солнцем, как лист, но фактически является животным. Оказывается, Elysia chlorotica поддерживает такой яркий окрас, употребляя водоросли и забирая себе их гены, обеспечивающие фотосинтез. Это единственный известный экземпляр многоклеточного организма, присваивающий ДНК другого организма.

В своём заявлении соавтор исследования, почётный профессор Южно-Флоридского университета Сидни К. Пирса сказал: «На Земле невозможно такое, чтобы гены водорослей действовали внутри клетки животного. И всё-таки это происходит. Они позволяют животному получать питание от солнца». По словам учёных, если бы люди захотели взломать собственные клетки, чтобы сделать их способными к фотосинтезу, для этого можно было бы использовать подобный механизм.

Что касается солнечной энергии, можно сказать, что люди миллиард лет двигались в неправильном эволюционном направлении. По мере того, как растения становились тонкими и прозрачными, животные становились толстыми и светонепроницаемыми. Растения получают свою небольшую, но постоянную долю солнечного сока, оставаясь при этом на одном месте, но людям нравится двигаться, и для этого им необходима богатая энергией пища.

Если взглянуть на клетки и генетический код человека и растения, окажется, что мы не такие уж и разные. Эта поразительная схожесть жизни на её фундаментальных уровнях позволяет происходить таким необычным вещам, как кража фотосинтеза животным. Сегодня, благодаря развивающейся области синтетической биологии, у нас может получиться воспроизвести такие явления за одно эволюционное мгновение, благодаря чему биопанк-идеи о создании фотосинтезирующих участков кожи кажутся менее фантастическими.

По словам Пирса, «обычно, когда гены одного организма переносят в клетки другого — это не срабатывает. Но если это работает, это может в одночасье изменить многое. Это как ускоренная эволюция».

Морские слизни — не единственные животные, способные осуществлять фотосинтез через симбиотические отношения. Другими классическими примерами таких существ являются кораллы, в клетках которых хранятся фотосинтетические динофлагелляты, а также саламандра пятнистая, использующая водоросли для снабжения своих эмбрионов солнечной энергией.

Однако морские слизни отличаются от подобных животных тем, что они нашли способ исключить посредников и совершать фотосинтез только для себя, поглощая хлоропласты из водорослей и покрывая ими стенки своего пищеварительного тракта. После этого гибрид животного и растения может месяцами жить, питаясь только солнечным светом. Но до сих пор загадкой оставалось, как именно слизни поддерживают свои краденые солнечные фабрики.

Теперь Пирса и другие соавторы исследования нашли ответ на этот вопрос. Похоже, что слизни не только воруют у водорослей хлоропласты, но ещё и крадут важные коды ДНК. В статье, опубликованной в журнале The Biological Bulletin, значится, что поддерживать работу солнечных машин ещё долгое время после поедания водорослей слизням может помогать ген, который кодирует фермент, используемый для починки хлоропластов.

В природе генетическая экспроприация может быть редким явлением, но в лабораториях учёные экспериментируют с ней на протяжении уже многих лет. Перенося гены из одного организма в другой, люди создали множество новых форм жизни: от кукурузы, производящей собственные пестициды, до светящихся в темноте растений. С учётом всего этого, настолько ли безумно предположение, что нам стоит последовать примеру природы и наделить животных — или даже людей — способностью к фотосинтезу?

Биолог, дизайнер и писатель Кристина Агапакис, получившая в Гарварде докторскую степень в области синтетической биологии, провела много времени размышляя над тем, как создать новый симбиоз, при котором животные клетки были бы способны фотосинтезировать. По словам Агапакис, миллиарды лет назад предки растений вобрали в себя хлоропласты, которые были свободноживущими бактериями.

Как рассказала Агапакис, проблема создания питающегося солнцем организма состоит в том, что для поглощения достаточного количества солнечного света необходима поверхность с очень большой площадью. С помощью листьев растениям удаётся поглощать огромное, относительно их размера, количество энергии. Мясистые люди, с их соотношением поверхности и объёма, скорее всего не обладают необходимой пропускной способностью.

«Если вам интересно, можете ли вы обрести способность фотосинтезировать, я отвечу, что, во-первых, вам придётся полностью прекратить двигаться, а во вторых стать полностью прозрачными» рассказывает Агапакис, по подсчётам которой для осуществления фотосинтеза каждой человеческой клетке будут необходимы тысячи водорослей.

На самом деле, питающийся солнечным светом Elysia chlorotica может быть исключением, которое подтверждает правило. Слизняк стал выглядеть и вести себя настолько похоже на лист, что во многом стал больше растением, чем животным.

Но даже если человек не может существовать только за счёт солнца, кто сказал, что он время от времени не может дополнить свой рацион небольшой солнечной закуской? На самом деле, большинство способных к фотосинтезу животных, в числе которых несколько сородичей Elysia chlorotica , полагаются не только на энергию солнца. Свой фотосинтезирующий механизм они используют в качестве резервного генератора на случай нехватки еды. Таким образом, способность фотосинтезировать является страховкой от голода.

Возможно, человек смог бы найти совершенно новое применение фотосинтезу. Например, по словам Агапакис, «на коже человека могли бы быть зелёные пятна — активируемая солнечным светом система заживления ран. Что-то, не требующее такого количества энергии, которое необходимо человеку».

В ближайшем будущем человек не сможет полностью перейти на обеспечение одним только солнечным светом — по крайней мере до тех пор, пока не решится на кардинальные модификации организма — поэтому пока нам остаётся продолжать вдохновляться примером природы.

Представьте, что было бы, если бы люди, как растения, могли питаться напрямую солнечной энергией. Это определённо облегчило бы нам жизнь: бесчисленные часы, потраченные на покупку, приготовление и поедание пищи можно было бы потратить на что-нибудь другое. Чрезмерно эксплуатируемые сельскохозяйственные земли вернулись бы к природным экосистемам. Резко упали бы уровни голода, недоедания и болезней, распространяющихся через пищеварительный тракт.

Однако люди и растения уже сотни миллионов лет не имеют общего предка. Наша биология кардинально отличается почти во всех аспектах, поэтому может показаться, что нет способа спроектировать человека так, чтобы он мог осуществлять фотосинтез. Или же это всё-таки возможно?

Эту проблему тщательно изучают некоторые специалисты по синтетической биологии, которые даже пытались создать собственных растительно-животных гибридов. И хотя мы пока далеки от создания способного к фотосинтезу человека, в результате нового исследования был обнаружен интригующий биологический механизм, который может поспособствовать развитию этой зарождающейся области науки.

Elysia chlorotica - животное, способное осуществлять фотосинтез подобно растениям

Недавно представители Морской биологической лаборатории, расположенной в американской деревне Вудс Холл, сообщили, что учёные разгадали секрет Elysia chlorotica - бриллиантово-зелёного морского слизня, который выглядит, как лист растения, питается солнцем, как лист, но фактически является животным. Оказывается, Elysia chlorotica поддерживает такой яркий окрас, употребляя водоросли и забирая себе их гены, обеспечивающие фотосинтез. Это единственный известный экземпляр многоклеточного организма, присваивающий ДНК другого организма.

В своём заявлении соавтор исследования, почётный профессор Южно-Флоридского университета Сидни К. Пирса сказал: «На Земле невозможно такое, чтобы гены водорослей действовали внутри клетки животного. И всё-таки это происходит. Они позволяют животному получать питание от солнца». По словам учёных, если бы люди захотели взломать собственные клетки, чтобы сделать их способными к фотосинтезу, для этого можно было бы использовать подобный механизм.

Что касается солнечной энергии, можно сказать, что люди миллиард лет двигались в неправильном эволюционном направлении. По мере того, как растения становились тонкими и прозрачными, животные становились толстыми и светонепроницаемыми. Растения получают свою небольшую, но постоянную долю солнечного сока, оставаясь при этом на одном месте, но людям нравится двигаться, и для этого им необходима богатая энергией пища.

Если взглянуть на клетки и генетический код человека и растения, окажется, что мы не такие уж и разные. Эта поразительная схожесть жизни на её фундаментальных уровнях позволяет происходить таким необычным вещам, как кража фотосинтеза животным. Сегодня, благодаря развивающейся области синтетической биологии, у нас может получиться воспроизвести такие явления за одно эволюционное мгновение, благодаря чему биопанк-идеи о создании фотосинтезирующих участков кожи кажутся менее фантастическими.

По словам Пирса, «обычно, когда гены одного организма переносят в клетки другого - это не срабатывает. Но если это работает, это может в одночасье изменить многое. Это как ускоренная эволюция».

Морские слизни - не единственные животные, способные осуществлять фотосинтез через симбиотические отношения. Другими классическими примерами таких существ являются кораллы, в клетках которых хранятся фотосинтетические динофлагелляты, а также саламандра пятнистая, использующая водоросли для снабжения своих эмбрионов солнечной энергией.

Однако морские слизни отличаются от подобных животных тем, что они нашли способ исключить посредников и совершать фотосинтез только для себя, поглощая хлоропласты из водорослей и покрывая ими стенки своего пищеварительного тракта. После этого гибрид животного и растения может месяцами жить, питаясь только солнечным светом. Но до сих пор загадкой оставалось, как именно слизни поддерживают свои краденые солнечные фабрики.

Теперь Пирса и другие соавторы исследования нашли ответ на этот вопрос. Похоже, что слизни не только воруют у водорослей хлоропласты, но ещё и крадут важные коды ДНК. В статье, опубликованной в журнале The Biological Bulletin, значится, что поддерживать работу солнечных машин ещё долгое время после поедания водорослей слизням может помогать ген, который кодирует фермент, используемый для починки хлоропластов.

В природе генетическая экспроприация может быть редким явлением, но в лабораториях учёные экспериментируют с ней на протяжении уже многих лет. Перенося гены из одного организма в другой, люди создали множество новых форм жизни: от кукурузы, производящей собственные пестициды, до светящихся в темноте растений. С учётом всего этого, настолько ли безумно предположение, что нам стоит последовать примеру природы и наделить животных - или даже людей - способностью к фотосинтезу?

Биолог, дизайнер и писатель Кристина Агапакис, получившая в Гарварде докторскую степень в области синтетической биологии, провела много времени размышляя над тем, как создать новый симбиоз, при котором животные клетки были бы способны фотосинтезировать. По словам Агапакис, миллиарды лет назад предки растений вобрали в себя хлоропласты, которые были свободноживущими бактериями.

Как рассказала Агапакис, проблема создания питающегося солнцем организма состоит в том, что для поглощения достаточного количества солнечного света необходима поверхность с очень большой площадью. С помощью листьев растениям удаётся поглощать огромное, относительно их размера, количество энергии. Мясистые люди, с их соотношением поверхности и объёма, скорее всего не обладают необходимой пропускной способностью.

«Если вам интересно, можете ли вы обрести способность фотосинтезировать, я отвечу, что, во-первых, вам придётся полностью прекратить двигаться, а во вторых стать полностью прозрачными» рассказывает Агапакис, по подсчётам которой для осуществления фотосинтеза каждой человеческой клетке будут необходимы тысячи водорослей.

На самом деле, питающийся солнечным светом Elysia chlorotica может быть исключением, которое подтверждает правило. Слизняк стал выглядеть и вести себя настолько похоже на лист, что во многом стал больше растением, чем животным.

Но даже если человек не может существовать только за счёт солнца, кто сказал, что он время от времени не может дополнить свой рацион небольшой солнечной закуской? На самом деле, большинство способных к фотосинтезу животных, в числе которых несколько сородичей Elysia chlorotica, полагаются не только на энергию солнца. Свой фотосинтезирующий механизм они используют в качестве резервного генератора на случай нехватки еды. Таким образом, способность фотосинтезировать является страховкой от голода.

Возможно, человек смог бы найти совершенно новое применение фотосинтезу. Например, по словам Агапакис, «на коже человека могли бы быть зелёные пятна – активируемая солнечным светом система заживления ран. Что-то, не требующее такого количества энергии, которое необходимо человеку».

В ближайшем будущем человек не сможет полностью перейти на обеспечение одним только солнечным светом - по крайней мере до тех пор, пока не решится на кардинальные модификации организма - поэтому пока нам остаётся продолжать вдохновляться примером природы.