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。

作者 海云青飞:哲学家,生命科学家,传统文化第一人,唯一悟道者 《悟道相对论》《中医有毒吗》《黄帝内经是真的吗》《父母怎么教育孩子》

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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