Quá trình tổng hợp các
chất trong hệ sinh thái
Từ khi Trái Đất hình thành, quá trình
tổng hợp các chất bằng con đường hóa
học đã xuất hiện, tạo tiền đề cho sự sống
ra đời. Song quá trình đó chậm chạp, sản
vật được tạo ra nghèo nàn, sự sống do đó,
sống chật vật trong những năm tháng dài
của thời kỳ được mệnh danh là Tiền
Cambri (Precambri). Sự xuất hiện thực
vật quang hợp là “cuộc cách mạng vĩ
đại” của hành tinh.. Cũng từ đây, sinh vật
tiến hóa một cách bùng nổ, sức sản xuất
tăng lên gấp bội, đáp ứng đủ đến dư thừa
nhu cầu sinh sống của cả thế giới sinh vật
cũng ngày một đông vui này. Quá trình
tổng hợp các chất được tiến hành bằng 2
phương thức: Quang hợp và hoá tổng
hợp.
Những cây xanh sống trên Trái Đất có
khả năng quang hợp, mỗi năm sản xuất
ra khoảng 100 tỷ tấn chất hữu cơ để nuôi
sống những nhóm sinh vật khác. Trong
quang hợp, diệp lục (chlorophyl)
đóng vai trò rất quan trọng, như một
chất xúc tác, giúp cho cây sử dụng được
năng lượng Mặt Trời để biến đổi cacbon
đioxyt (CO2) và nước thành cacbon
hyđrat, đồng thời thải ra khí oxy (O2)
phân tử theo công thức :
CO2 + 2H2O --- Năng lượng Mặt trời ----
-> (CH2O) + H2O + O2
Như vậy, bất kỳ ở nơi nào có mặt cây
xanh, có ánh sáng Mặt Trời, nước, khí
cacbonic (CO2) và muối khoáng thì nơi
đó xuất hiện quá trình quang hợp, nơi đó
nguồn thức ăn sơ cấp được tạo thành. Ở
nơi nào thành phần cây xanh đa dạng,
ánh sáng càng nhiều, muối khoáng giàu
có, nơi đó sức sản xuất sơ cấp càng lớn.
Rừng ẩm nhiệt đới, các rạn san hô, các
cửa sông... là những bằng chứng hùng
hồn cho nhũng nhận định ở trên.
+ Quang hợp của vi khuẩn
Những vi khuẩn có màu đều có khả năng
tiếp nhận năng lượng từ ánh sáng Mặt
Trời để thực hiện quá trình quang hợp.
Vi khuẩn quang hợp chủ yếu là sinh vật
sống ở nước (nước ngọt và nước mặn).
Phần lớn chúng đóng vai trò không
đáng kể trong sản xuất nguồn thức
ăn sơ cấp, song chúng lại có khả năng
hoạt động ở những điều kiện hoàn toàn
không thích hợp cho các “cây cối” khác.
Do vậy, chúng có vai trò nhất định trong
các chu trình sinh địa hóa.
Trong quang hợp, chất bị oxy hóa (cho
điện tử) không phải là nước mà là những
chất vô cơ chứa lưu huỳnh như hydro
sunphua (H2S) chẳng hạn, với sự
tham gia của vi khuẩn lưu
huỳnh xanh và đỏ
(Chlorobacteriaceae và Thiorhodaceae),
hoặc các hợp chất vô cơ với sự
tham gia của các nhóm vi khuấn
không lưu huỳnh đỏ và nâu
(Athiorhodaceae) thì quá trình đó không
giải phóng oxy phân tử.
CO2 + 2H2S ---- Năng lượng mặt trời ---
> (CH2O) + H2O + 2S
Từ những ví dụ trên, công thức quang
hợp có thể viết dưới dạng tổng quát.
CO2 + 2H2A ---- Năng lượng mặt trời---
> (CH2O) + H2O + 2A
ở đây chất khử (hay chất bị oxy hóa) tức
là chất cho điện tử là H2A có thể là nước
hoặc các chất vô cơ hay hữu cơ chứa lưu
huỳnh, còn A có thể là oxy phân tử hay
lưu huỳnh nguyên tố.
- Quá trình hóa tổng hợp
Quá trình hóa tổng hợp với sự tham gia
của một số nhóm vi khuẩn xác định
không cần ánh sáng Mặt Trời, song lại
cần oxy để oxy hóa các chất. Các vi
khuẩn hóa tổng hợp lấy năng lượng từ
phản ứng oxy hóa các hợp chất vô cơ để
đưa cacbon dioxyt vào trong thành phần
của chất tế bào. Những hợp chất vô cơ