Энергетические процессы в биосфере и круговорот элементов. Как вы помните, в биосфере нашей планеты сосуществуют разные группы живых организмов. Они отличаются друг от друга строением, происхождением, условиями обитания и, как следствие, разными способами получения энергии. Выделяют всего три способа извлечения энергии: 1) извлечение энергии из света – фотосинтез; 2) извлечение энергии в ходе химических реакций неорганических веществ – хемосинтез; 3) извлечение энергии при разложении (окислении) органики – гетеротрофность (дыхание, как кислородное, так и бескислородное).
  Все эти процессы, присущие для различных организмов, взаимосвязаны. Если вы вспомните уравнения дыхания и фотосинтеза, то поймете, что эти процессы дополняют друг друга. При фотосинтезе выделяется кислород и образуется глюкоза, при дыхании они поглощаются. При фотосинтезе поглощаются углекислый газ и вода, а при дыхании они выделяются. В целом в биосфере эти процессы уравновешивают друг друга. Это дает возможность сосуществовать фотосинтетикам (растениям и цианобактериям) и гетеротрофам (животным, грибам, паразитическим и сапрофитным бактериям). Если на планете исчезнут либо животные, либо растения, другая группа организмов непременно погибнет с той лишь разницей, что без кислорода гибель животных и других аэробов наступит гораздо быстрее. Вместе с тем неизбежность гибели не вызывает сомнений.
  Главным поставщиком энергии в биосферу являются фотосинтетики. При этом хемосинтетики играют главную роль в процессе круговорота некоторых важнейших химических элементов между живой и неживой природой. Как вы помните, белки и нуклеиновые кислоты не могут синтезироваться без азота. Животные получают азот из растительной пищи или травоядных животных. Однако если бы не существовало различных видов бактерий, азот был бы недоступен и для организмов растений. Вначале в процессе разложения белков, жиров и углеводов отмерших организмов с помощью сапрофитов (как бактерий, так и грибов и животных) азот становится частью неорганических соединений. Затем он поступает в атмосферу и благодаря различным группам хемосинтетиков становится доступным для растений.
  Очевидно, что без фотосинтетиков биосфера не развивалась бы из-за постоянного недостатка энергии, а без хемосинтетиков – из-за постоянного недостатка доступных химических элементов.
  Сходство хемосинтеза и фотосинтеза заключается в первую очередь в автотрофности. И хемотрофы, и фототрофы способны самостоятельно создавать органические вещества из неорганики. Именно поэтому они являются продуцентами. Все фотосинтезирующие организмы будут продуцентами, поскольку процесс фотосинтеза более однообразен, чем хемосинтез. Какие бы различия ни существовали между фотосинтетиками (прокариоты и эукариоты; растения тайги и пустыни; С3 и С4-фотосинтетики), химические результаты фотосинтеза практически не отличаются. Все фотосинтетики поглощают световую энергию, воду и углерод в виде углекислого газа, а синтезируют органику – глюкозу.
  Различия между хемосинтезом и фотосинтезом. Хемосинтез включает в себя очень разные группы бактерий, химические процессы в которых будут иметь значительные различия. Потребляемые и выделяемые всевозможными видами хемосинтетиков вещества будут совершенно разными. Именно поэтому многие хемосинтетики не столь «популярны» в качестве продуцентов. Ведь есть хемобактерии, обитающие на дне водоемов (болот) в бескислородной среде, а есть обитатели горячих источников. Там просто не живут консументы, готовые питаться такими продуцентами.
  Еще одно отличие состоит в том, что хемосинтетики не бывают эукариотами, все они 100% прокариоты. А основная масса фотосинтетиков это именно растения – эукариотические организмы. Хотя первыми фотосинтетиками все же были цианобактерии, существующие в биосфере и сейчас, они не играют столь существенной роли, как растения.
  Третье важнейшее отличие очевидно из названия процессов. Фотосинтетики используют в качестве источника энергии свет, а хемосинтетики – химические реакции. С этих позиций они ближе к гетеротрофам, которые получают энергию при окислении органики, а хемотрофы – неорганики. Поэтому некоторые ученые вводят термин хемогетеротрофы, называя так всех животных, грибы и неавтотрофные бактерии. Противоположный термин хемоавтотрофы обозначает именно хемотрофные бактерии.