معلومة

كيف يحسب المرء كمية الأكسجين التي تنتجها الأشجار؟

كيف يحسب المرء كمية الأكسجين التي تنتجها الأشجار؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا أعمل حاليًا على مشروع لقياس تأثير زراعة الأشجار. يبدو أن حساب كمية الأكسجين أصعب مما كنت أتخيل.

بالطبع هناك نوع وحجم الشجرة والبيئة (اتساق التربة والهواء) ، ولكن هناك الكثير من المتغيرات الأخرى التي لا أعرف عنها (كوني مهندسًا ، ولست عالم أحياء).

من وجهة نظر حسابية ، أبحث عن طرق تقريبية وأدق لحساب كمية الأكسجين التي ينتجها المنتج التالي:

  • شجرة
  • غابة كبيرة
  • بلدان متعددة مع غاباتهم

يمكن حساب الشجرة الواحدة بدقة ، مع الأخذ في الاعتبار المتغيرات الكافية. الأكسجين أثناء النهار ، وأثناء الليل ، وتتبع عمره ، وما إلى ذلك.

سيتم حساب غابة كبيرة بشكل تقريبي. سيكون أكثر أهمية هو كيفية تأثر النمو وإنتاج الأكسجين بكثافة الأشجار (الأشجار لكل ميل مربع).

سيكون حساب عدة بلدان مشكلة أخرى كاملة. يبدو أنه من الصعب جدًا منع التقديرات من تدمير دقة الحسابات تمامًا.

لقد كتبت بشكل أساسي بعض المخاوف والآن أنا أبحث عن طريقة لحساب هذه الأرقام بالفعل ويفضل بعض الأرقام الحقيقية للتحقق من صحتها. يزحف الإنترنت بتقديرات ((1) (2) (3) (4) وغيرها الكثير) ، لكن العثور على مصادر مناسبة لمقارنة حساباتك يبدو صعبًا.

كيف يعالج المرء عادة مشكلة الحساب هذه؟


مع نماذج ميكانيكية مفصلة. يوجد عدد كبير من المتغيرات هنا ، وستحتاج إلى حساب جميع هذه المتغيرات تقريبًا. هنا مشروع مماثل للمحاصيل.

يمكنك تجربة هذا النموذج لشجرة واحدة ولكني لا أحسد على محاولة توسيع نطاق ذلك ليشمل بلدان بأكملها.

لمجرد وضع بعض الأرقام في الاعتبار ، يمكنك التفكير في كفاءة التمثيل الضوئي ، والتشمس المتوسط ​​، وتأثيرات التظليل. تسقط كمية X من الضوء على هذا البلد في المتوسط ​​، ومن ذلك الضوء يتم تحويل 0.1٪ إلى أكسجين ، وهذا هو مقدار الأكسجين الذي يتم إنتاجه.

يمكنك أيضًا الاقتراب منه من الاتجاه الآخر وتقدير مقدار وزن كل شجرة. سيكون الوزن الجاف للشجرة في الغالب كربونًا ، وكل ذرات الكربون تقريبًا كانت ذات مرة ثاني أكسيد الكربون وتمثل جزيء O2 لكل منها. يتميز هذا النهج بأخذ التنفس في الاعتبار ، على عكس النهج الخفيف. يقيس نهج الضوء إجمالي الأكسجين المنتج ، لكن نهج الكربون يقيس إجمالي الأكسجين المنطلق.


كيف يحسب المرء كمية الأكسجين التي تنتجها الأشجار؟ - مادة الاحياء

التنفس هو عملية إطلاق الطاقة من تحلل الجلوكوز. يحدث التنفس في كل خلية حية ، وفي كل وقت تحتاج جميع الخلايا إلى التنفس من أجل إنتاج الطاقة التي تحتاجها.

ما هي الطاقة المستخدمة؟

يتم استخدام الطاقة المنتجة أثناء التنفس بعدة طرق مختلفة ، ومن الأمثلة على استخدامها:

  • يعمل عضلاتك
  • نمو وإصلاح الخلايا
  • بناء جزيئات أكبر من الجزيئات الأصغر مثل البروتينات من الأحماض الأمينية
  • السماح بحدوث تفاعلات كيميائية
  • امتصاص الجزيئات في النقل النشط
  • الحفاظ على درجة حرارة جسمك ثابتة
  • إرسال الرسائل على طول الأعصاب

مكتبة العلوم KIDS FUN

اطّلع على كتب Myrna Martin والكتب الإلكترونية ومقاطع الفيديو ومجموعات موسيقى الروك الحائزة على جوائز. تغطي مكتبة Kids Fun Science Bookstore مجموعة واسعة من موضوعات علوم الأرض. & # xa0 انقر هنا للتصفح.


فهل يجب أن نستمر حقًا في زراعة الأشجار؟

نشرت مجلة Science تقريرًا بعنوان "إمكانات استعادة الأشجار العالمية" والذي خلص إلى أنه قد يبدو أن هناك ما يكفي من الأراضي لزيادة مساحات الغابات في العالم بمقدار الثلث تقريبًا. الجانب السلبي لذلك هو أن احتمالية وجود مساحة على الأرض يمكن أن تتضاءل بسرعة كبيرة نظرًا لارتفاع درجة الحرارة العالمية. بالإضافة إلى ذلك ، يذكر التقرير أنه "حتى لو كان الاحترار العالمي يقتصر على 1.5 درجة مئوية ، يمكن تقليل المساحة المتاحة لاستعادة الغابات بمقدار الخمس بحلول عام 2050 لأنها ستكون دافئة للغاية بالنسبة لبعض الغابات الاستوائية."

تم البحث في هذا الموضوع نفسه في عام 2016 ، حيث قامت مجموعة بحثية مكونة من 800 ألف متطوع في الهند بزراعة 50 مليون شتلة شجرية في محاولة لإعادة تخضير البلاد. في حين أن هناك العديد من الأسباب الوجيهة لمكافحة إزالة الغابات ، يجب تكرار هذا المشروع 800 مرة لإلغاء ثاني أكسيد الكربون الناتج عن البشر.

هذا لا يعني أنه لا يوجد حتى الآن بعض الأهمية للقيام بذلك. يمكن خفض مستويات ثاني أكسيد الكربون العالمية عن طريق زراعة الأشجار كما خلص موقع National Geographic ، "إذا تصرفنا الآن ، يمكننا خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 25٪ على الأقل ، لم تكن هذه المستويات قد شوهدت حتى ما يقرب من قرن مضى".


كيف يحسب المرء كمية الأكسجين التي تنتجها الأشجار؟ - مادة الاحياء

تعمل الأشجار على تحسين جودة الهواء لدينا

تساعد الغابات الحضرية على تحسين جودة الهواء لدينا. يتم حجز الحرارة من الأرض في الغلاف الجوي بسبب المستويات العالية من ثاني أكسيد الكربون (CO2) والغازات الأخرى التي تحبس الحرارة والتي تمنعها من إطلاق الحرارة في الفضاء. هذا يخلق ظاهرة تعرف اليوم باسم & # 8220 تأثير البيت الزجاجي. & # 8221 لذلك ، تساعد الأشجار عن طريق إزالة (عزل) ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أثناء عملية التمثيل الضوئي لتكوين الكربوهيدرات التي تستخدم في بنية / وظيفة النبات وإعادة الأكسجين مرة أخرى إلى الغلاف الجوي. من قبل المنتج. ما يقرب من نصف تأثير الدفيئة ناتج عن ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، تعمل الأشجار كمصارف للكربون ، مما يخفف من تأثير الاحتباس الحراري.

في المتوسط ​​، يمكن لفدان واحد من الغابات الجديدة عزل حوالي 2.5 طن من الكربون سنويًا. تمتص الأشجار الصغيرة ثاني أكسيد الكربون بمعدل 13 رطلاً لكل شجرة كل عام. تصل الأشجار إلى أكثر مراحلها إنتاجية في تخزين الكربون في حوالي 10 سنوات ، حيث يُقدر أنها تمتص 48 رطلاً من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وبهذا المعدل ، يطلقون ما يكفي من الأكسجين مرة أخرى في الغلاف الجوي لدعم اثنين من البشر. يمكن أن تقلل زراعة 100 مليون شجرة ما يقدر بنحو 18 مليون طن من الكربون سنويًا وبالتالي توفير 4 مليارات دولار سنويًا على فواتير المرافق.

تقلل الأشجار أيضًا من تأثير الاحتباس الحراري من خلال تظليل المنازل والمباني المكتبية. هذا يقلل من الحاجة إلى تكييف الهواء بنسبة تصل إلى 30 في المائة مما يقلل بدوره من كمية الوقود الأحفوري المحترق لإنتاج الكهرباء. إن الجمع بين إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتخزين الكربون في الخشب وتأثير التبريد يجعل الأشجار أدوات فعالة للغاية في مكافحة تأثير الاحتباس الحراري. تظل زراعة الأشجار إحدى أكثر الوسائل فعالية من حيث التكلفة لسحب ثاني أكسيد الكربون الزائد من الغلاف الجوي. إذا زرعت كل عائلة أمريكية شجرة واحدة ، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ستنخفض بمقدار مليار رطل سنويًا. هذا يعادل ما يقرب من 5 في المائة من الكمية التي يضخها النشاط البشري في الغلاف الجوي كل عام.

تقدر دائرة الغابات الأمريكية أن جميع الغابات في الولايات المتحدة مجتمعة ، عزلت ما يقرب من 309 مليون طن من الكربون كل عام من 1952 إلى 1992 ، مما أدى إلى تعويض ما يقرب من 25 في المائة من انبعاثات الكربون التي يسببها الإنسان خلال تلك الفترة. على مدار أكثر من 50 عامًا ، تولد الشجرة ما يقرب من 32000 دولار من الأكسجين ، مما يوفر 62000 دولار من التحكم في تلوث الهواء. ستكون هذه الشجرة مسؤولة أيضًا عن إعادة تدوير ما قيمته 37500 دولار من المياه والتحكم في تآكل التربة بقيمة 31000 دولار.

معهد Worldwatch ، في إعادة تشجير الأرض الورق ، يقدر أن الأرض تحتاج ما لا يقل عن 321 مليون فدان من الأشجار المزروعة فقط لاستعادة والحفاظ على إنتاجية التربة والموارد المائية ، وإزالة 780 مليون طن من الكربون سنويًا من الغلاف الجوي وتلبية احتياجات الصناعة والخشب في العالم الثالث. مقابل كل طن من نمو الأخشاب الجديدة ، تتم إزالة حوالي 1.5 طن من ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويتم إنتاج 1.07 طن من الأكسجين المنقذ للحياة.

تزيل الأشجار أيضًا الملوثات الغازية الأخرى من خلال الثغور في سطح الورقة عن طريق امتصاصها بمكونات الهواء العادية. بعض ملوثات الهواء الرئيسية الأخرى ومصادرها الأولية هي:

& # 8226 ثاني أكسيد الكبريت (SO2) & # 8211 يأتي ستون في المائة من ثاني أكسيد الكبريت من حرق الفحم للكهرباء والتدفئة المنزلية بينما يأتي 21 في المائة من التكرير واحتراق المنتجات البترولية.
& # 8226 الأوزون (O3) & # 8211 الأوزون هو مادة مؤكسدة طبيعية موجودة في الغلاف الجوي العلوي. قد يتم إحضار O3 إلى الأرض بسبب الاضطرابات أثناء العواصف الشديدة. أيضا ، تتكون كميات صغيرة من البرق. تختلط انبعاثات السيارات والانبعاثات الصناعية في الهواء وتخضع لتفاعلات كيميائية ضوئية في ضوء الشمس تطلق الأوزون وعامل مؤكسد آخر ، بيروكسي أسيتيل نترات (PAN). وبطبيعة الحال ، تتراكم تركيزات عالية من هذين المؤكسدين حيث يوجد العديد من السيارات.
& # 8226 أكاسيد النيتروجين (NOx) & # 8211 ربما يكون أكبر منتج لأكسيد النيتروجين هو عادم السيارات. تتشكل هذه أيضًا عن طريق الاحتراق بدرجة حرارة عالية عند وجود مكونين طبيعيين من الهواء النيتروجين والأكسجين.
& # 8226 الجسيمات & # 8211 هي جزيئات صغيرة تنبعث من الدخان الناتج عن احتراق الوقود ، وخاصة الديزل ، الذي يدخل الرئتين ويسبب مشاكل في الجهاز التنفسي. مع وجود الأشجار ، هناك انخفاض بنسبة تصل إلى 60 في المائة في الجسيمات على مستوى الشارع.

أظهرت الدراسات أنه في إحدى الحدائق الحضرية ، أزال الغطاء الشجري 48 رطلاً من الجسيمات ، و 9 أرطال من ثاني أكسيد النيتروجين ، و 6 أرطال من ثاني أكسيد الكبريت ، و 0.5 رطل من أول أكسيد الكربون ، و 100 رطل من الكربون & # 8211 يوميًا. وقد لوحظ أيضًا أن قيقب السكر على طول الطريق يزيل 60 مجم من الكادميوم و 140 مجم من الكروم و 820 مجم من النيكل و 5200 مجم من الرصاص من البيئة في موسم نمو واحد.


مركبات الركاب في السنة

تُعرَّف سيارات الركاب بأنها مركبات ذات 4 إطارات ذات محورين ، بما في ذلك سيارات الركاب ، والشاحنات الصغيرة ، والشاحنات الصغيرة ، والمركبات الرياضية / متعددة الاستخدامات.

في عام 2018 ، بلغ المتوسط ​​المرجح للاقتصاد في استهلاك الوقود للسيارات والشاحنات الخفيفة 22.5 ميلًا للغالون الواحد (FHWA 2020). بلغ متوسط ​​أميال السيارة المقطوعة (VMT) في عام 2018 11556 ميلاً في السنة (FHWA 2020).

في عام 2018 ، كانت نسبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز ، والتي يتم التعبير عنها جميعًا كمكافئات لثاني أكسيد الكربون) لسيارات الركاب 0.993 (وكالة حماية البيئة 2020).

كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة لكل جالون من البنزين المحترق هي 8.89 × 10 -3 طن متري ، كما تم حسابه في قسم "جالونات البنزين المستهلك" أعلاه.

لتحديد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري السنوية لكل مركبة ركاب ، تم استخدام المنهجية التالية: تم تقسيم VMT على متوسط ​​الأميال المقطوعة للغاز لتحديد جالونات البنزين المستهلكة لكل مركبة في السنة. تم ضرب جالونات البنزين المستهلكة بثاني أكسيد الكربون لكل جالون من البنزين لتحديد ثاني أكسيد الكربون المنبعث لكل مركبة سنويًا. ثم تم تقسيم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على نسبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري للمركبات لحساب انبعاثات غاز الميثان وأكسيد النيتروز.

عملية حسابية

ملاحظة: بسبب التقريب ، قد لا يؤدي إجراء الحسابات الواردة في المعادلات أدناه إلى إرجاع النتائج الدقيقة المعروضة.

8.89 × 10 -3 طن متري CO2/ جالون بنزين × 11556 فولت متوسط ​​السيارة / الشاحنة × 1 / 22.5 ميل للغالون الواحد متوسط ​​السيارة / الشاحنة × 1 كو2، CH4، ون2O / 0.993 CO2 = 4.60 طن متري CO2هـ / مركبة / سنة

المصادر


نفس الحياة

الأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وفرة في الكون ، وفقًا لمرفق مسرع توماس جيفرسون الوطني. ومع ذلك ، فإن تفاعلها جعلها نادرة نسبيًا في الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر.

البكتيريا الزرقاء ، وهي كائنات حية "تتنفس" باستخدام التمثيل الضوئي ، تمتص ثاني أكسيد الكربون وتخرج الأكسجين ، تمامًا مثل النباتات الحديثة. من المحتمل أن تكون البكتيريا الزرقاء مسؤولة عن أول أكسجين على الأرض ، وهو حدث يُعرف باسم حدث الأكسدة العظيم.

من المحتمل أن تكون عملية التمثيل الضوئي بواسطة البكتيريا الزرقاء مستمرة قبل تراكم مستويات كبيرة من الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض ، حيث وجدت دراسة نُشرت في مارس 2014 في مجلة Nature Geoscience أن صخورًا عمرها 2.95 مليار عام وجدت في جنوب إفريقيا تحتوي على أكاسيد كانت تتطلب أكسجينًا مجانيًا لتكوينها. كانت هذه الصخور في الأصل في البحار الضحلة ، مما يشير إلى أن الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي بدأ في التراكم في البيئات البحرية قبل حوالي نصف مليار سنة قبل أن يبدأ في التراكم في الغلاف الجوي منذ حوالي 2.5 مليار سنة.

تعتمد الحياة اليوم بشكل كبير على الأكسجين ، لكن التراكم الأولي لهذا العنصر في الغلاف الجوي لم يكن أقل من كارثة. تسبب الغلاف الجوي الجديد في انقراض جماعي للكائنات اللاهوائية ، وهي كائنات لا تتطلب الأكسجين. اللاهوائية التي لم تكن قادرة على التكيف أو البقاء على قيد الحياة في وجود الأكسجين ماتت في هذا العالم الجديد. [معلومات رسومية: الغلاف الجوي للأرض من أعلى إلى أسفل]

سريع إلى الأمام و [مدش] الطريق إلى الأمام. كانت أول فكرة لدى البشر عن وجود الأكسجين كعنصر في عام 1608 ، عندما ذكر المخترع الهولندي كورنيليوس دريبل أن تسخين الملح الصخري (نترات البوتاسيوم) أطلق غازًا ، وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء (RSC). ظلت هوية هذا الغاز لغزًا حتى سبعينيات القرن الثامن عشر ، عندما التقى ثلاثة كيميائيين عند اكتشافه بشكل أو بآخر في نفس الوقت. قام الكيميائي ورجل الدين الإنجليزي جوزيف بريستلي بعزل الأكسجين عن طريق تسليط ضوء الشمس على أكسيد الزئبق وجمع الغاز من التفاعل. وأشار إلى أن شمعة تشتعل بشكل أكثر سطوعًا في هذا الغاز ، وفقًا لـ RSC ، بفضل دور الأكسجين في الاحتراق.

نشر بريستلي النتائج التي توصل إليها في عام 1774 ، متغلبًا على العالم السويسري كارل فيلهلم ستيل ، الذي قام بالفعل بعزل الأكسجين عام 1771 وكتب عنه ، لكنه لم ينشر العمل. كان مكتشف الأكسجين الثالث أنطوان لوران دي لافوازييه ، الكيميائي الفرنسي الذي أعطى العنصر اسمه. تأتي الكلمة من الكلمة اليونانية "أوكسي" و "الجينات" التي تعني "تكوين الحمض".

يحتوي الأكسجين على ثمانية إلكترونات إجمالية و [مدش] يدور اثنان حول النواة في الغلاف الداخلي للذرة وستة مدار في الغلاف الخارجي. يمكن أن تحتوي الغلاف الخارجي على ثمانية إلكترونات ، وهو ما يفسر ميل الأكسجين للتفاعل مع العناصر الأخرى: غلافه الخارجي غير مكتمل ، وبالتالي فإن الإلكترونات حرة في أخذها (وإعطاءها).


1 خطوات التمثيل الضوئي

ينقسم التمثيل الضوئي إلى جزأين ، تفاعلات تعتمد على الضوء وتحتاج إلى ضوء الشمس لتعمل وتفاعلات مستقلة عن الضوء لا ترتبط مباشرة بضوء الشمس. التفاعلات المعتمدة على الضوء هي المكان الذي يتم فيه حصاد الطاقة من ضوء الشمس واستخدامها لكسر الهيدروجين من جزيئات الماء. تُعرف المجموعة الثانية من التفاعلات أيضًا باسم دورة كالفين ، حيث يتم تكسير ثاني أكسيد الكربون ودمجه مع الهيدروجين المحرّر لإنتاج السكريات. دورة كالفين هي المكان الذي تلعب فيه الإنزيمات.


التخمير

مقدمة

شهدت كلمة "التخمير" العديد من التغييرات في المعنى خلال المائة عام الماضية. وفقًا لاشتقاق المصطلح ، فإنه يشير فقط إلى حالة غليان أو فقاعات لطيفة. تم تطبيق المصطلح لأول مرة عندما كان التفاعل الوحيد المعروف من هذا النوع هو إنتاج النبيذ ، فالفقاعات ، بالطبع ، ناتجة عن إنتاج ثاني أكسيد الكربون.

لم يكن الأمر كذلك حتى درس جاي-لوساك الجوانب الكيميائية للعملية حيث تم تغيير المعنى للإشارة إلى تحلل السكر إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون (316). ومع ذلك ، كان باستير هو الذي ميز ولادة علم الأحياء الدقيقة الكيميائي بربطه بين الميكروبات والتخمير في عام 1857. وقد استخدم المصطلحين "خلية" و "تخمر" بالتبادل في الإشارة إلى الميكروب. وهكذا أصبح مصطلح "التخمير" مرتبطًا بفكرة الخلايا وإنتاج الغاز وإنتاج المنتجات الثانوية العضوية.

تم إبطال تطور الغاز ووجود الخلايا الكاملة كمعايير لتحديد التخمير عندما تم اكتشاف أنه في بعض عمليات التخمير ، مثل إنتاج حمض اللاكتيك ، لا يتم تحرير أي غاز. علاوة على ذلك ، يمكن الحصول على عمليات تخمير أخرى باستخدام مقتطفات خالية من الخلايا تشير إلى أن الخلية بأكملها قد لا تكون ضرورية.

كان الموقف أكثر تعقيدًا من خلال اكتشاف أن العملية القديمة لإنتاج الخل ، والتي يشار إليها عمومًا باسم تخمير حمض الأسيتيك ، والتي أسفرت عن كميات كبيرة من المنتجات الثانوية العضوية ، كانت عملية هوائية بحتة. من الواضح أن التخمير بحاجة إلى إعادة تعريف.

على الرغم من أن الكربوهيدرات غالبًا ما تعتبر مواد أساسية للتخمير ، إلا أن الأحماض العضوية (بما في ذلك الأحماض الأمينية) والبروتينات والدهون والمركبات العضوية الأخرى عبارة عن ركائز قابلة للتخمير لكائنات دقيقة مختارة. سرعان ما تم إدراك أن هذه المواد تلعب دورًا مزدوجًا كمصدر للغذاء وكمصدر للطاقة للكائنات الحية الدقيقة (375). الطاقة الناتجة عن الاحتراق الكلي (الأكسدة) للمادة في المسعر هي طاقتها الكامنة. أقرب نهج للأكسدة الكاملة يحدث بيولوجيًا مع الأكسدة الحمضية ، التي تنتج ، مع الجلوكوز ، ثاني أكسيد الكربون والماء وتؤدي إلى تحرير كمية كبيرة من الطاقة.

في ظل الظروف اللاهوائية ، يتم تحرير جزء بسيط فقط من الطاقة الكامنة لأن الأكسدة غير مكتملة. من أجل الحصول على كمية من الطاقة تعادل تلك التي تم الحصول عليها في ظل الظروف الهوائية ، يجب تكسير الجلوكوز عدة مرات في ظل الظروف اللاهوائية. ونتيجة لذلك ، هناك عائد مرتفع من المنتجات الثانوية العضوية غير المؤكسدة.

أصبح التخمير ، إذن ، بمثابة التحلل اللاهوائي للمركبات العضوية إلى منتجات عضوية ، والتي لا يمكن استقلابها بواسطة أنظمة إنزيمات الخلايا دون تدخل الأكسجين. اختلفت منتجات التخمير باختلاف الكائنات الحية الدقيقة ، حيث تخضع في الأساس لمركب إنزيم الخلايا والظروف البيئية. أدت القيمة الاقتصادية لهذه المنتجات الثانوية إلى تطوير علم الأحياء الدقيقة الصناعي.

مع الاعتراف بالتخمير كعملية لا هوائية ، تم رسم أوجه التشابه بين الكيمياء الحيوية للكائنات الحية الدقيقة وتلك الخاصة بأنسجة الثدييات. نظرًا لأنه تم العثور على وسيطة استقلاب الجلوكوز لتكون هي نفسها ، فقد تم افتراض أن جميع عمليات التخمير يجب أن تتبع مسارات مماثلة. وبالتالي ، تم اعتبار التخمر الميكروبي للكربوهيدرات مشابهًا لتحلل السكر في الثدييات. هذا هو السبب في أن العديد من المؤلفين يستخدمون مصطلحات "تحلل السكر" أو "مسار تحلل السكر" لوصف طريقة واحدة للتحلل اللاهوائي للكربوهيدرات بواسطة الكائنات الدقيقة ولماذا أصبح "التخمير" مرادفًا لـ "تحلل السكر". ومع ذلك ، تختلف العمليتان بطريقتين مهمتين: (1) لا يوجد تخزين للجليكوجين في البكتيريا ، و (2) ليس اللاكتات دائمًا منتجًا نهائيًا أو وسيطًا في الانهيار البكتيري اللاهوائي للكربوهيدرات. بالإضافة إلى ذلك ، خلال الخمسينيات القرن الماضي ، تم اكتشاف أن العديد من البكتيريا قادرة على استخدام مسارات أخرى غير مسار Embden-Meyerhof-Parnas للتحلل اللاهوائي للكربوهيدرات. يتطلب تطبيق "التخمير" على كل هذه العمليات شكلاً آخر من أشكال التعريف.

أوضح البحث المكثف في أنظمة نقل الإلكترون في عملية التمثيل الغذائي الميكروبي الموقف جزئيًا ، على الرغم من وجود عدد من الجوانب التي تنتظر الاهتمام. من البحث في أنظمة المتبرع والمقبول للإلكترون ، أصبح من المفهوم الآن بوضوح أن جميع العمليات التي لها مركب عضوي كمستقبل إلكترون طرفي تسمى "التخمير". مع هذا التعريف ، من الممكن القول أن بكتيريا حمض الأسيتيك ليست مخمرة ولكنها تتنفس بالهواء. بالنسبة للبكتيريا الأخرى ، لا يقتصر التعريف على استخدام أي مسار معين في عملية التخمير.

وقد وجد أيضًا أن البكتيريا المخمرة قد تستغني عن استخدام السيتوكرومات الخاصة بها في ظل الظروف اللاهوائية ، لأن عمليات الفسفرة الخاصة بها عبارة عن فسفرات ركيزة يكون فيها المتبرع بالإلكترون عبارة عن ركيزة عضوية تنقل إلكتروناتها إلى نظام NAD + أو NADP +. ومع ذلك ، فإن كمية NAD + في الكائنات الحية الدقيقة محدودة ، وبالتالي يجب تجديد NAD + إذا كان الأيض سيستمر. في ظل الظروف اللاهوائية ، يمكن تحقيق هذا التجديد عن طريق آلية الأكسدة والاختزال التي تتضمن البيروفات أو مركبات أخرى مشتقة من البيروفات. يمكن أن تختلف تفاعلات البيروفات هذه اختلافًا كبيرًا بين الكائنات الحية الدقيقة ، وبالتالي تؤدي إلى تكوين منتجات نهائية مميزة تُستخدم في التصنيف البكتيري. ويرد في الجدول 9.1 والشكل 9.1 ملخص قصير للمنتجات النهائية المختلفة المتكونة من البيروفات. يتم استخدام هذه المنتجات النهائية وتكوينها في التصنيف ، وسيتم النظر في المجموعات البكتيرية المختلفة بمزيد من التفصيل أدناه.


كيف يحسب المرء كمية الأكسجين التي تنتجها الأشجار؟ - مادة الاحياء

باستخدام طاقة ضوء الشمس ، يمكن للنباتات تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات وأكسجين في عملية تسمى البناء الضوئي. نظرًا لأن التمثيل الضوئي يتطلب ضوء الشمس ، فإن هذه العملية تحدث فقط خلال النهار. غالبًا ما نحب أن نفكر في هذا على أنه نباتات `` تستنشق ثاني أكسيد الكربون وتنفث الأكسجين. ومع ذلك ، فإن العملية ليست بهذه البساطة بالضبط. تمامًا مثل الحيوانات ، تحتاج النباتات لتحطيم الكربوهيدرات إلى طاقة. الأكسجين مطلوب للقيام بذلك. ثم لماذا تتخلص النباتات من كل الأكسجين الذي تنتجه أثناء عملية التمثيل الضوئي؟ الجواب هو، لا يفعلون. تحتفظ النباتات في الواقع بكمية صغيرة من الأكسجين الذي تنتجه في عملية التمثيل الضوئي وتستخدم هذا الأكسجين لتحطيم الكربوهيدرات لمنحها الطاقة.

لكن ماذا يحدث في الليل عندما لا يكون هناك ضوء الشمس المطلوب في عملية التمثيل الضوئي؟ ومن المثير للاهتمام ، من أجل الحفاظ على التمثيل الغذائي والاستمرار في التنفس في الليل ، يجب على النباتات امتصاص الأكسجين من الهواء وإطلاق ثاني أكسيد الكربون (وهو بالضبط ما تفعله الحيوانات). لحسن الحظ بالنسبة لنا جميعًا من يتنفس الأكسجين ، تنتج النباتات ما يقرب من عشرة أضعاف الأكسجين خلال النهار مما تستهلكه في الليل.

تحلل النباتات السكر إلى طاقة باستخدام نفس العمليات التي نقوم بها. الأكسجين ضروري لتكسير السكر إلى ثاني أكسيد الكربون ، وإطلاق الطاقة التي يمكن للنباتات استخدامها للبقاء على قيد الحياة.

ومع ذلك ، تستمد النباتات أيضًا الطاقة من الشمس (الضوء) ، وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، والمياه من التربة التي تستخدمها جميعًا لإنتاج السكر ، وإطلاق الأكسجين. (يستخدمون "الكربون" في ثاني أكسيد الكربون لبناء جزيء السكر). نظرًا لعدم وجود ضوء الشمس في الليل ، فإن هذا يمنح النباتات طريقة للبقاء على قيد الحياة ، حتى في حالة عدم وجود ضوء.

لكن، تستخدم النباتات السكر لبناء كل شيء تقريبًا! السليلوز ، المادة الصلبة في النباتات ، هو مجرد مجموعة من جزيئات السكر مرتبطة ببعضها البعض. لا يمكننا هضمها ، لكن بعض الحيوانات تستطيع ذلك. وبالمثل ، فإن النباتات تصنع النشا (السكر مرتبط ببعضه البعض ، ولكن ليس بإحكام) لتخزين الطاقة عندما يحل الظلام. نحن قادرون على هضم النشا.

نظرًا لأن النباتات تستخدم السكر الذي تصنعه لأكثر من مجرد طاقة ، ينتجون أكسجين أكثر مما يستخدمونه.

سؤال رائع! تنتج النباتات الأكسجين ، لأنها عندما تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تأخذ ثاني أكسيد الكربون (CO2 شكل غازي من الكربون مرتبط بجزيئين من الأكسجين) والماء (H2يا أكسجين مرتبط بذرتين من الهيدروجين) واجمعهما باستخدام الطاقة الضوئية لإنتاج السكريات والأكسجين. هذا يخزن الطاقة في الروابط الكيميائية (في السكريات) ويطلق O2. المعادلة الكيميائية لهذا هي:
6CO2 + 6 ح2 ج6ح12ا6(سكر) + 6O2

تستخدم النباتات تلك السكريات كما نفعل عندما نستهلكها ، من أجل الطاقة. تستخدم النباتات السكريات التي تصنعها بأكسدتها (مع O2، تمامًا مثلنا) لتحرير الطاقة المخزنة في الروابط. يطلقون سراح أول أكسيد الكربون2 (مثلنا تمامًا ، عندما نتنفس). ولكن عندما تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تطلق المزيد من O2 خلال عملية التمثيل الضوئي أكثر مما تستهلك في التنفس (أكسدة السكريات التي صنعتها). يطلقون الأكسجين من خلال نفس المسام التي تسمح لثاني أكسيد الكربون2 لدخول الخلايا الورقية الخاصة بهم.

الجواب السريع على سؤالك هو ذلك الأكسجين مجرد منتج نفايات عندما تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي.

يمكن للنباتات أن تفعل شيئين مهمين:
استخدم الطاقة من الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) و H2O (الماء) في السكر (C6ح12ا6) بالأكسجين (O2) خلفها. هذا هو البناء الضوئي.

ويمكنهم:
تكسير السكر (سي6ح12ا6) إلى CO2 (ثاني أكسيد الكربون) و H2يا (الماء) ، لكنهم يحتاجون (س2) الأكسجين للقيام بذلك. هذا هو التنفس الخلوي.

يمكننا فقط أن نفعل الشيء الثاني.
ال القانون الأول للديناميكا الحرارية يخبرنا أن المادة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. لا يمكن أن يأتي من لا شيء ولا يمكن أن يختفي. لذا فإن نفس العدد من الذرات (C ، H ، O) يجب أن يدخل ويغادر. دعونا نكتب التمثيل الضوئي كمعادلة متوازنة.

البناء الضوئي:
6CO2 + 6 ح2O يعطي C6ح12ا6 + 6O2
احسب عدد ذرات الكربون على جانبي السهم. إذا كان لديك ستة في جانب ، فأنت بحاجة إلى ستة في الجانب الآخر. الآن عد ذرات الهيدروجين. (6 × 2) من جهة و 12 من جهة أخرى. كم عدد ذرات الأكسجين على الجانب الأيسر؟
(6 × 2) + (6 × 1) = ___. حاليا كم عدد ذرات الأكسجين في الجلوكوز؟ 6.
وبالتالي لديك ذرات أكسجين متبقية. هذا هو المكان ا2 يأتي من. إنها المادة المتبقية من صنع السكر. تمامًا كما تفعل عندما تصنع شيئًا ما ، فإن القصاصات التي قطعتها لا تختفي. النبات يتنفس من الأكسجين ، وهو أمر جيد لنا جميعًا الحيوانات لأننا نحتاج إلى الأكسجين ، كما تعلم.

هل يمكن أن توجد حيوانات بدون نباتات؟ هل يمكن أن توجد نباتات بدون حيوانات؟

تنتج النباتات الأكسجين كمنتج نفايات لصنع السكر باستخدام ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء. إذا احتاج النبات إلى الطاقة ، ولكن ليس لديه ضوء الشمس ، فيمكنه حرق السكر الذي عاد إليه عندما تعرض لأشعة الشمس ، والقيام بذلك يتطلب الأكسجين.


شاهد الفيديو: تقليم التين وتأسيس شجرة التين بشكل المناسب (قد 2022).