По способу питания организмы можно разделить на две большие группы: автотрофные и гетеротрофные.

К автотрофным организмам относится большинство растений. О некоторых исключениях речь будет идти в дальнейшем. Автотрофные организмы отличаются способностью усваивать неорганические вещества, поступающие из окружающей среды, и строить за их счет свое тело.

Наибольшее распространение и вместе с тем наибольшее значение имеет фотосинтез — особая форма самообновления зеленых растений. При фотосинтезе используется углекислота воздуха и вода, поступающая из почвы через корневую систему. Поглощая углекислоту и воду, созидая органические соединения — углеводы, — растения обогащают воздух кислородом, следовательно, делают его пригодным для дыхания животных..

Процесс фотосинтеза чрезвычайно сложен. Достоверно известны только исходные и конечные его продукты. Из многочисленных предлагавшихся схем этого процесса ни одна до сего времени не получила всеобщего признания. Для осуществления реакции, протекающей эндотермически, для восстановления углекислоты требуется затрата энергии. На синтез каждой молекулы глюкозы расходуется 674 больших, калории, которые черпаются за счет энергии солнечных лучей. Вот почему данный созидательный процесс и получил название фотосинтеза, ибо для его протекания необходим свет.
 

Фотосинтез может происходить только в клетках зеленых частей растения, в которых содержится особое красящее вещество, пигмент хлорофилл.

С материалистических позиций процесс фотосинтеза был изучен впервые К. А. Тимирязевым, замечательные исследования которого положены в основу современных представлений о сущности этого важнейшего жизненного явления. Изучению фотосинтеза Тимирязев посвятил всю жизнь. Результаты своих многолетних работ он обобщил в книгах «Жизнь растений», «Солнце, жизнь и хлорофилл», в ряде лекций и специальных исследований, которые и сейчас являются для нас источником замечательных мыслей и тонких наблюдений. Работу Тимирязева продолжают  развивают многочисленные  ученые, добившиеся в этой области, значительных результатов.

Тимирязев прежде всего поставил перед собой задачу выяснить вопрос,, откуда черпается энергия, необходимая для осуществления процесса созидания органического материала в зеленом листе растения. Виталисты всяких оттенков усматривали здесь проявление особой, нематериальной жизненной силы. Они утверждали, что к фотосинтезу не приложим, в частности, закон превращения энергии. Тимирязев изгнал идеализм из этой области, доказал непреложными фактами, что фотосинтез осуществляется за счет энергии солнечных лучей. Им была вскрыта и изучена не только качественная, но и количественная сторона процесса. Для решения стоящих перед ним задач Тимирязев создал ряд чувствительных приборов, тонкую аппаратуру, непревзойденную и поныне. Пользуясь ею, Тимирязев установил полную приложимость принципа сохранения энергии к процессам фотосинтеза. Он изучил влияние на интенсивность созидания органических веществ растением различных частей солнечного спектра. Им было доказано, что максимальной интенсивности фотосинтез дости- тает в красной части спектра, между линиями В и С. Второй максимум лежит в сине-фиолетовой области. Тимирязев вычислил также на основании своих опытов процент используемой растением падающей на него солнечной энергии. Оказалось, что лишь небольшая доля последней (около 3%) утилизируется растением, следовательно, создаются предпосылки для дальнейшего повышения урожайности, для изыскания путей повышения фотосинтеза.

Интенсивность фотосинтеза зависит от силы света, а также от природы растения; у разных растений она может быть неодинаковой.

Накопленная растением энергия солнечных лучей затем используется и животными организмами для процессов жизнедеятельности, и человеком в технических целях. В этом, по Тимирязеву, состоит космическая роль растений. Он писал: «Растение посредник между небом и землей. Оно — истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Поглощенный им луч солнца горит и в едва мерцающей лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».

Большое внимание было уделено Тимирязевым изучению свойств хлорофилла. Последний представляет собой сложное органическое соединение с молекулярным весом 265 000. В клетках растений хлорофилл находится в связанном состоянии с белками. Полученная под давлением водная вытяжка представляет белковый травянисто-зеленого цвета раствор коллоидального характера. Водную вытяжку, также как и хлорофилло-белковый комплекс в живом листе, В. Н. Любименко предложил назвать «натуральным хлорофиллом» в отличие от спиртовых растворов хлорофилла, не обладающих устойчивостью к свету. Хлорофилл обладает флюоресценцией. В листьях растений, как это выяснил в 1906 г. русский ученый Цвет, он состоит из смеси двух соединений: хлорофилла А, имеющего формулу (МgН₄С₃₃Н₃₀О) СО₂СН₃СО₂С₂₀Н₃₉, и хлорофилла Б — (МgН₄С_З2Н₂₈0₂) СО₂СН₃СО₂С₂₀Н₃₉. Первый имеет сине-зеленую, второй— желто-зеленую окраску. Обычно количество сине-зеленого пигмента почти в три раза превышает содержание в листе желто-зеленой формы. Существенное значение в молекуле хлорофилла играет магний. По своей химической структуре хлорофилл близок гемоглобину — красящему веществу крови позвоночных и некоторых других животных. В конце прошлого столетия русские ученые Мархлевский и Ненцкий получили из гемоглобина крови и хлорофилла одно и то же вещество — гемопиррол, что дало основание Ненцкому утверждать общность происхождения хлорофилла и гемина.

Это положение в дальнейшем было подтверждено исследованиями В. Н. Любименко. Любименко показал, что молекула хлорофилла имеет белковое строение, и выдвинул новый взгляд на хлорофилл, как на сложный цветной белок — хромопротеид. Новейшие исследования ряда советских авторов показали, что состояние хлорофилло-белкового комплекса, прочность связей между его компонентами прямым образом зависят от стадий развития растений.

Синтез сахаристых веществ в лабораторных условиях впервые был осуществлен в 1861 г. знаменитым русским химиком, создателем современной теории строения органических соединений А. М. Бутлеровым. Бутлеров прежде всего осуществил синтез диоксиметилена, полимера формальдегида, а из последнего обработкой известковой водой синтезировал сахаристое вещество — метиленитан.

Способностью к автотрофному обмену обладает и ряд растительных организмов, лишенных хлорофилла, в первую очередь бактерии. В этом случае энергетическим источником, за счет которого осуществляется созидание органических соединений из неорганических, являются не солнечные лучи, а экзотермические химические реакции. Этот вид автотрофного обмена получил название хемосинтеза.

Хемосинтез был открыт в 1889 г. и детально исследован на ряде объектов нашим соотечественником, микробиологом С. Н. Виноградским, изучавшим жизнь и обмен так называемых железных, серных и нитрофицирующих бактерий. Железобактерии, например, переводят двухвалентные соли железа в трехвалентные, а за счет освобождающейся при этом энергии строят углеводы.

Серные бактерии окисляют сероводород, образующийся при гниении органических остатков или выделяющийся в результате иных процессов, до свободной серы, при этом на каждую молекулу сероводорода освобождается 115 больших калорий. Сера накапливается в теле бактерий в виде капелек и при отсутствии сероводорода в окружающей среде может окисляться до серной кислоты.

Серобактерии выполняют большую работу по очистке водоемов; так, благодаря их деятельности сероводород, накапливающийся в глубинах Черного моря, не поднимается выше 200 метров, ибо он разлагается мощным бактериальным слоем.

Особенно широко распространены нитрофицирующие бактерии. Часть из них переводит аммиак в азотистую кислоту (нитрозобактерии), другие окисляют азотистую кислоту в азотную.

За счет этих химических реакций бактериями созидаются органические вещества Деятельность нитрофицирующих бактерий, обитающих в почве, как об этом уже говорилось, имеет громадное значение в круговороте азота в природе и в плодородии почвы.

Кроме железных, серных и нитрофицирующих микроорганизмов, существуют также водородные. Последние используют для построения органических соединений энергию сгорания водорода.

В результате фотосинтеза и хемосинтеза растительные клетки создают углеводы: сахары и их полимеры.

Наряду с углеводами, растения синтезируют из глюкозы и солей азотной кислоты, поступающих из почвы, аминокислоты, а из них белки.

К синтезу аминокислот животные не способны. Растительные клетки созидают также жиры, накапливающиеся иногда, главным образом в семенах, в очень большом количестве.

Животные, как уже отмечалось, не обладают способностью к автотрофному обмену, они гетеротрофны, т. е. строят свое тело из органических соединений: белков, жиров и углеводов, получаемых при поедании растений или других животных, которые в свою очередь питаются растениями.

Практические занятия медицинские биологические препараты для профилактики и лечения инфекционных заболеваний Занятие 1-е. Вакцины и анатоксины. Вопросы для обсуждения. 1. Искусственный иммунитет, активный и пассивный. 2. Препараты для создания искусственного активного иммунитета: вакцины и анатоксины. 3. Виды вакцин: живые, убитые и химические. 4. Способы приготовления вакцин. 5. Анатоксины нативные и очищенные, их получение и титрован... Читать далее...