植物的光合作作用

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在示踪研究所取得的全部成就中,最伟大的大概要属追踪形成绿色植物的一系列复杂步骤了——地球上的全部生命都要依赖于绿色植物。

如果动物只靠互相吞食为生,动物界就不会存在下去。热力 学第二定律告诉我们,在循环的每一阶段,都会失去某种东西。 任何动物都不能将它吃的食物里所含的碳水化合物、脂肪和蛋白 质全部储存起来,也不能全部利用食物里的能量。大部分(实际 上,绝大部分)能量必然变成无用的热而被浪费掉。这样,在吃 的每一阶段,都会损耗掉一些能量。因此,如果所有的动物都是 严格的食肉动物的话,那么在非常少的几代内,整个动物界就会 灭绝。实际上,要是这种情况,首先动物界就根本不会出现。

令人庆幸的是,事实上绝大部分动物是食草动物。它们以地 里的草、树叶、种子、坚果和水果为食,或者靠吃海草和布满海 洋上层的微小绿色植物细胞为生。只有少数动物能够过上食肉的 奢侈生活。

至于植物本身,如果没有外来的能源供应,它们的处境也不 会比动物好。它们用简单的分子(如二氧化碳和水)合成碳水化 合物、脂肪和蛋白质。这种合成需要输入能量,而且植物是从最 丰富的能源——阳光那里获得能量的。绿色植物把阳光的能量转 变成复杂化合物的化学能,而这些化学能可以养活所有的生命 (某些细菌除外)。这个过程是德国物理学家J.R.梅耶1845年最 先明确指出的。J.R.梅耶是能量守恒定律的创始人之一,因此他 特别注意能量平衡的问题。绿色植物利用阳光的过程叫做光合作 用(源自希腊语,意思是“被阳光聚集在一起”)。

光合作用的过程

17世纪初期,比利时佛兰芒化学家范黑尔蒙特对植物生长最 先进行了科学研究。他把称过重量的土壤倒在一个桶里,在里面 种了一棵小柳树。他发现,虽然小树长大了,但是土壤还是同以 前一样重。大家对此感到非常惊奇,因为人们一直想当然地认为 植物是从土壤中得到它们所需要的物质的。(实际上,植物确实 从土壤中摄取矿物质和离子,但摄取的量很小,不容易称量出 来。)如果植物不是从土壤中得到所需要的物质,那么,它们是 从什么地方得到的呢?范黑尔蒙特断定,植物一定是用水制造它 们的物质的,因为他经常给植物浇水。他的推断只有一部分是正 确的。

一个世纪以后,英国生理学家黑耳斯指出,植物主要是用一 种比水更微妙的原料来制造它们的物质的,这种原料就是空气。 半个世纪以后,荷兰医生因根豪茨证实,空气中的养分是二氧化 碳。他还证明,植物在黑暗中不吸收二氧化碳;吸收二氧化碳需 要光。与此同时,氧的发现者普里斯特利已经了解到,绿色植物 能放出氧。1804年,瑞士化学家索绪尔证明,正如范黑尔蒙特所 指出的那样,水被合成到植物的组织里。

19世纪50年代,法国采矿工程师布森戈在完全没有有机物的 土壤里种植植物,于是又有了一个重大发现。他用这种方法证明, 植物只能从大气的二氧化碳中得到它们所需要的碳。可是,植物 不能在没有氮化合物的土壤里生长,因此,它们从土壤里得到所 需要的氮,而不能利用大气中的氮(已经证明,某些细菌除外)。 从布森戈时期起人们才明白,土壤供给植物的直接养分仅限于某 些无机盐,如硝酸盐和磷酸盐。有机肥料(如粪肥)给土壤增加 的正是这些成分。化学家们开始提倡施加化肥,因为化肥既能很 好地达到这种目的,又能免除难闻的气味,还能减少传染疾病的 危险,已经查出很多疾病与农家粪堆有关。

这样,光合作用过程的轮廓就确定下来了。在阳光下,植物 吸收二氧化碳,并把二氧化碳和水化合成自己的组织,在这一过 程中放出“剩余的”氧。因此,事情清楚了,绿色植物不仅供给 食物,而且更新地球的氧供应。如果没有这种更新的话,那么, 几个世纪内,氧就会降到一个很低的水平,大气里就会充满二氧 化碳,窒息动物的生命。

地球上的绿色植物制造有机物和释放氧的规模是非常巨大的。 俄国血统的美国生物化学家、光合作用的主要研究者拉宾诺维奇 估计,地球上的绿色植物每年要化合1500亿吨的碳(来自二氧化 碳)和 250亿吨的氢(来自水),并释放出 4000亿吨的氧。在 这一巨大成绩中,属于陆地上森林和田野里的植物的只占10%; 90%我们要归功于海洋里的单细胞植物和海草。

【三思言论集】→【三思藏书架】→《阿西莫夫最新科学指南·蛋白质》          〖本书由柯南扫校〗 光合作用

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作者 tuenhai:这个星球上对大道理解最为深刻的人,著有《道解相对论》《圣医治国——黄帝内经客观点评》《理性即慧根》《父母怎么教育孩子》。咨询微信或QQ (备注 tuenhai.com)

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