Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Рослини і біосфера. Екологічні цикли речовини та потік енергії
Потік енергії

Рушійною силою функціонування всіх живих систем є енергія, що характеризує їх здатність виконувати роботу. Енергія виступає загальною мірою руху і взаємодії усіх видів матерії. Потік енергії відбувається за законами термодинаміки.

Майже всі форми життя .на Землі одержують необхідну їм енергію прямо або опосередковано від Сонця. Щорічно на земну поверхню падає близько 21×10²³ кДж, з них на ділянки суші та водойми з відповідною рослинністю припадає близько 40%, або 8,4×10²³ кДж. З врахуванням всіх втрат даної енергії, а також енергетичного виходу фотосинтезу (не більше 2%), загальна кількість енергії, що запасається в продуктах фотосинтезу становить приблизно 20,9×10²³ кДж. З урахуванням витрат на дихання (від ЗО до 40%), рослинні організми планети перетворюють в цілому (на дихання і створення чистої продукції) щорічно близько 4,2×10¹⁸ кДж сонячної енергії.

Живі системи активно включаються в потік енергії на планеті. Найбільш складний шлях сонячної енергії проходить через живу речовину, де вона виступає в формі хімічних реакцій та біологічних процесів. Необоротна конверсія негативної ентропії (яка дорівнює вільній енергії в позитивну ентропію, відповідно до другого закону термодинаміки, є рушійною силою життя. Зелені автотрофні рослини з допомогою сонячних променів в процесі фотосинтезу перетворюють прості неорганічні сполуки — вуглекислий газ, воду і мінеральні солі в складні органічні сполуки своїх клітин і тканин. Вільна енергія (тобто та, яка може бути використана на корисну роботу) запасається в хімічних зв’язках молекул. В простих молекулах доля вільної енергії мінімальна. В складних органічних молекулах вуглеводів, білків і жирів вона на декілька порядків більше. Крім того, під час фотосинтезу і дихання утворюється АТФ і деякі інші спеціальні молекули з високоенергетичними зв’язками. Вільна енергія, запасена рослинними організмами в продуктах фотосинтезу, є енергетичною базою для всіх живих систем, включаючи людину. Живі системи функціонують як відкриті системи для речовини і енергії, можуть уникнути встановлення термодинамічної рівноваги (ΔG = 0) лише при постійній деградації негативної ентропії. Кванти світла, що постійно надходять від Сонця і поглинаються рослинним організмом, єдине природне джерело негативної ентропії, доступне біосфері. Та рано чи пізно через будь-які перетворення сонячна енергія, що прийшла на Землю, знову повертається в світовий простір у вигляді тепла.

Отже, зелена рослина — головна ланка, яка поєднує все живе із сонячною енергією. Рослинний покрив зв’язує фотосинтетично активну радіацію сонячної енергії, стабілізує та перерозподіляє її серед різноманітних видів живого, забезпечує синтез вуглеводів, білків та інших органічних сполук. Він дає корисні види технічної сировини, підтримує екологічну рівновагу на планеті, зв’язуючи вуглекислий газ та продукуючи кисень. Оскільки немає ніяких підстав для того, щоб в осяжному майбутньому припинився потік сонячної радіації на Землю, а в кругообіг вуглецю і життя весь час зворотно залучаються елементи — органогени, то можна вважати, що в принципі, життя на Землі взагалі, а отже й існування людини може бути вічним. У нас один шлях — жити і працювати в злагоді із законами оточуючого нас світу та рухатися далі шляхом еволюції. А рослинний організм з його здатністю до фототрофного живлення допоможе нам виконати цю місію.