В течение многих миллионов лет на нашей планете совершается грандиозный по своим масштабам круговорот веществ, который состоит из повторяющихся замкнутых циклов превращения минеральных соединений в органические, а последних — снова в минеральные. Важным звеном этого круговорота является жизнь во всей ее сложности и во всем ее многообразии. Причем жизнь на Земле как раз и поддерживается за счет снова и снова повторяющихся превращений по большей мере одних и тех же масс веществ и химических элементов.
Однако основная роль в круговороте принадлежит, безусловно, автотрофам (от греч. аутос — сам, трофе — питание), т. е. таким организмам, которые способны самостоятельно синтезировать органические соединения из неорганических.
Среди автотрофов следует выделить фотосинтетики, поставив их на первое место: ведь первично органические вещества в больших количествах стали создаваться с появлением фотосинтезирующих растений.
Схема круговорота веществ в природе (по А. А. Ничипоровичу)
На рисунке изображена схема круговорота веществ в природе, стрелками указаны направления движения веществ. Из CO2, H2O и минеральных элементов зеленые растения строят за счет энергии солнечной радиации богатые потенциальной химической энергией органические соединения, которые используются для построения своего тела как автотрофами, так и гетеротрофами. К последним относятся все животные, грибы и некоторые бактерии. Они живут за счет готовых органических веществ, созданных другими организмами, отсюда и происходит название гетеротрофов (от. греч. гетерос — другой, трофе — питание).
Кроме того, углеводы, белки, жиры и т. п., являясь пищей для всего живого, в том числе для самих растений, а также и для человека, обеспечивают энергией самые различные процессы жизнедеятельности. При этом органические вещества претерпевают множество превращений, которые происходят в строгой последовательности и сопровождаются высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности любого организма. В конце концов цепь таких биологических превращений замыкается полным окислением и минерализацией органических соединений с образованием CO2, H2O и минеральных солей, т. е. окисленных неорганических веществ, лишенных запасов потенциальной химической энергии.
Помимо биологического окисления (дыхания и брожения), органические соединения могут окисляться с выделением энергии и образованием CO2, H2O и минеральных солей чисто химическим путем, вне живого организма, например, при сгорании каменного угля, нефти или газа в топках заводов, бензина в двигателях машин и т. д. Продукты полной минерализации — CO2, H2O и минеральные соли, безразлично каким путем полученные, — вновь становятся исходным материалом для синтеза органических веществ. Таким образом и осуществляется в природе круговорот веществ, движущей силой которого служит энергия Солнца.
Об огромном размахе превращений, совершающихся при круговороте, можно судить по следующим данным А. А. Ничипоровича. Ежегодно растения поглощают из окружающей среды для построения своего тела около 2∙109 т (2 млрд. т) азота, 6∙109 т фосфора и других элементов минерального питания, 158∙109 т СО2 и 128∙109 т воды; при этом атмосфера обогащается 115∙109 т кислорода. В процессе дыхания растений каждый год окисляется около 25∙109 т органической сухой массы с выделением 34,5∙109 т углекислоты, а все животные, включая человека, разлагают около 3,5∙109 т органической сухой массы с образованием 4,8∙109 т СО2. Только за счет сжигания угля, нефти и газа на промышленных предприятиях и в быту в атмосферу выделяется каждый год примерно 15∙109 т СО2. Ежегодно через круговорот на Земле проходит 519 000 ∙ 109 т воды, из них только 107 000 ∙ 109 т выпадает в виде осадков над материками. С другой стороны, поверхность суши в год испаряет около 71 000 ∙ 109 т воды, из них 16000 ∙ 109 т за счет транспирации наземных растений.
Большую роль в общем круговороте веществ играет человек, способный чрезвычайно интенсивно и вместе с тем сознательно воздействовать на природу. Жизнедеятельность человека зависит от общих масштабов круговорота, от той доли веществ и энергии, которая им используется из этого круговорота. Другими словами, существует сложная связь человека с природой, с ее ресурсами, и в первую очередь — с пищевыми.
Источник: Н.Н. Овчинников, Н.М. Шиханова. Фотосинтез. Пособие для учителей. Изд-во «Просвещение». Москва. 1972