大自然能量轉換站—生物體

異養生物和自養生物 有什麼區別

生物體

為維持生命現象，生物體必須積累有機物；為對抗熵增，必須從外界獲得能量。

能量有多種形式，如化學能、光能、熱能、動能等；不同形式的能量可互相轉變。

異養生物

異養生物：

不能直接利用無機物製成有機物

，只能把從

外界攝取的現成有機物

轉變成自身的組成物質，並儲存了能量的一類生物。

自養生物

自養生物：能夠直接把從外界環境

攝取的無機物轉變成為自身的組成物質

，並儲存了能量的一類生物。

化能合成作用

利用體外環境中的特定

無機物氧化時所釋放的能量

，

來製造有機物的合成作用

。能夠進行化能合成作用是少數種類的細菌。

光合作用（photosynthesis），即光能合成作用，是指綠色植物在可見光的照射下，經過光反應和碳反應（舊稱暗反應），利用光合色素，將二氧化碳和水轉化為有機物，同時將光能轉變為有機物中化學能，並釋放出氧氣的過程。

光合作用是一系列代謝反應的總和，最終將二氧化碳和水轉化為葡萄糖，並將光能轉化為化學能，是生物界賴以生存的基礎。

光合作用可分為

光反應

和

碳反應

（舊稱暗反應）兩個階段

光反應

·

條件：

光照、光合色素、光反應酶

·

場所：

色素所在地（葉綠體的類囊體膜，藍細菌等微生物的細胞膜）

·

過程：

光 ＋ 水 ＝ 氧氣＋化學能（儲存在ATP中）＋還原氫（NADPH）

·

意義：

光解水，產生氧氣；將光能轉變成化學能，為碳反應提供能量；利用水光解的產物氫離子，合成NADPH（還原型輔酶Ⅱ）

·

影響因素：

光照強度、水分供給、溫度、酸鹼度、礦質元素等

光合改變命運

早期的地球上並沒有氧氣，二氧化碳的濃度可能高達98%。但是地球上的微生物可能在40億年前就進化出了光合作用。早期地球最初的產生氧氣被海水和海底岩石吸附，並未進入大氣。

儘管在藍藻出現之前，地球的大氣中並沒有氧，但現在證據表明，那時海洋中有較豐富的有機物，而且有原始生命。藍細菌最早在30億年前出現，至少在23億年前藍細菌進化出了多細胞形式，更高的光合效率徹底改變了世界。

現今行使光合作用的葉綠體（Chloroplast）是生物合成的，但在生命起源之前的原始海洋中不可能有葉綠體這樣精細複雜的生物體結構與連續高效的能量轉換體系，而生命的起源及維繫必須有溫和、微觀、精細、連續的化學分子能驅動，除外核能，地球上所有的能源（包括地下經億萬年沉澱的各類碳氫能源）均來自陽光，將光能轉化為碳氫化合物能，需要光合作用；因此闡明生命起源應該先解釋原始海洋中光合作用和光合體系的起源。

現代化學實驗證實進入化學世界的地球已經具備從無生命的體系中合成以碳氫氧氮為主的有機化合物世界。從隕石中發現的有機化合物的複雜與豐富也佐證了早期地球可以存在氨基酸、多糖、成簇芳香雜環類化合物與核苷酸的現實性，參與碳同化（卡爾文迴圈）、糖酵解、三羧酸迴圈的一些小分子化合物（如丙酮酸、琥珀酸、甘油酸、乳酸等）都可在無生命體系的化學世界已合成。

碳氫是地球表面最為豐富的元素，早期地球有極高濃度的CO2存在，氫以水的形式覆蓋整個地球，陽光是最為穩定的能源，今天我們是可以從參與生命活動元素的自然習性和現代生物與光電子實驗研究結果，來分析與推測生命發生前，在以雙層脂膜組成的囊泡世界中，光合作用發生的機制與邏輯合理的進化歷程，來闡明光合反應與光合作用這個自然現象的發生，以及理解推動生命起源的偉大的光合作用是如何發生與起源。

從植物葉綠素光合作用原理中，可發現光電子能量轉移、水裂解（氫獲取）以及碳固定機制與過程分析，光合作用的關鍵步驟純屬量子物理與化學現象，整個過程並沒有顯示蛋白質的特殊功能，並不需要基因或酶等生物分子參與，在相關酶的參與下，可以提高效率與特異性。光反應的平臺是雙層脂膜囊結構，在水的裂解中，插入膜內的色素分子吸收光能後奪取水分子中電子，釋放氧氣H+，膜內外跨膜H+梯度形成的電勢能將H+泵出膜外合成ATP，是一個釋能的過程，膜外NADP獲得色素分子傳遞的強勢電子後取H+還原成NADPH。

碳反應

· 條件：

碳元素、化學能、多種酶

· 場所：

葉綠體基質

· 過程：

① C5+CO2→2C3（碳的固定） ②C3+［H］→（CH2O）+C5（碳水化合物合成）

· 意義：

合成碳水化合物和其它有機物前體

· 影響因素：

溫度、CO2濃度等