растения изотопы углерода

Фракционирование изотопов углерода происходит в процессе его геохимического круговорота (рис. 43). За начало этого круговорота можно принять выделение СОа из мантийных глубин во время вулканических процессов, а также при термическом разложении известняков и доломитов в условиях метаморфизма. Затем СОа распределяется между атмосферой и гидросферой. В морской воде СОа связывается с Са и Mg, образуя известняки преимущественно биогенного происхождения. Другая часть СОа атмосферы и гидросферы поглощается зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Фотосинтез приводит к образованию органического вещества. Часть биомассы после гибели растений окисляется с образованием СОа, другая часть захороняется в условиях восстановительной среды> На всех этапах геохимического цикла происходит разделение изотопов углерода. [c.390]

ПОЧТИ на 10% тяжелее наземных растений (имеется в виду повышение роли С ). Эту разницу в значительной степени можно объяснить тем, что во время фотосинтеза морские организмы потребляют в море карбонатные и бикарбонатные ионы, тогда как наземные растения развиваются, используя более легкий изотоп углерода в СО2, содержащемся в атмосфере. Уголь, кероген и нефть, наоборот, поразительно однородны по изотопному составу углерода. Примерно в 90% всех исследованных до сих пор образцов он изменяется в узких пределах — около 5%. [c.179]

Одним из наиболее интересных прикладных радиоактивных методов является определение возраста углеродсодержащих материалов. Метод основан на предположении о том, что отношение количеств радиоактивного изотопа углерода С и стабильно- Таблица 19.2 ГО В живых организмах (в растениях, усваивающих углекислый газ из воздуха, и в животных, питающихся этими растениями) равно их отношению в атмосфере (Ю ), где оно не меняется во времени. [c.581]

Очень важна ядерная реакция типа (п, р), протекающая в атмосфере Земли между азотом и нейтронами, постоянно образующимися под действием космических лучей, 7 ( р)в С. Таким путем из стабильного изотопа азота получается радиоактивный изотоп углерода б С. Период его полураспада около 5 тыс. лет. Все живые организмы растения, которые поглощают СО2 из атмосферы, и животные, которые питаются этими растениями, содержат один атом радиоактивного изотопа б С примерно на триллион атомов стабильного изотопа 6 . Современные методы измерения позволяют обнаруживать такие чрезвычайно малые количества изотопа б С. Зная его долю в органическом веществе и период полураспада, можно определять возраст различных древних органических остатков, например свайных сооружений доисторического человека, воЗраст зерен, найденных в египетских пирамидах и т. д. [c.219]

Изотоп углерода С образуется с постоянной скоростью в верхних слоях атмосферы. Возникает он из атомов азота в результате действия на них космических лучей превращение азота в углерод-14 происходит по реакции, приведенной в предшествующем разделе. Радиоактивный углерод окисляется до двуокиси углерода, которая благодаря непрерывным перемещениям воздушных масс полностью смешивается е атмосфере с нерадиоактивной двуокисью углерода. Равновесная концентрация углерода-14, образующегося в атмосфере под действием космических лучей, равна примерно ЫО , а это значит, что один атом радиоактивного углерода приходится на 10 атомов обычного углерода. Двуокись углерода, как радиоактивная, так и нерадиоактивная, поглощается растениями, фиксирующими углерод в своих тканях. Животные, питающиеся растительной пищей, также накапливают в своих тканях углерод, содержащий 1-10 частей радиоактивного изотопа. После гибели растения или животного радиоактивность углерода в его тканях, определяемая количеством находящегося в них радиоактивного углерода, соответствует доле радиоактивного углерода, содержащегося в атмосфере в условиях равновесия. Однако через 5760 лет (период полураспада углерода-14) половина содержащегося в них изотопа подвергнется распаду и радиоактивность данного материа-ла-уменьшится наполовину. Через 11520 лет останется только четвертая часть первоначальной радиоактивности и т.д. Следовательно, путем определения радиоактивности образца углеродсодержащего материала (древесины, мяса, древесного угля, кожи, рога или других ископаемых остатков растительного или животного происхождения) можно определить число лет, прошедших с того времени, когда присутствующий в данном образце углерод первоначально был поглощен из атмосферы. , - [c.617]

Основные научные работы посвящены изучению механизма фотосинтеза. Показал (1941), что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекулы воды, в результате чего образуются кислород, выделяющийся в атмосферу, и водород, идущий на восстановление двуокиси углерода. Используя радиоактивный изотоп углерод-14 в качестве метки и метод хроматографии на бумаге, установил последовательность фо-тосинтетического цикла (цикла Кэлвина) ассимиляция двуокиси углерода зеленььми растениями — превращение его в органические вещества — последующее восстановление. Создал (1956) схему полного пути углерода при фотосинтезе, ставшую классической. Предложил модель превращения световой энергии в химическую. Показал, что превращения фосфата пентозы играют большую роль в жизнедеятельности не только растений, но и животных. Изучал вопрос о происхождении и развитии жизни на Земле. [c.279]

Основные научные работы относятся к радиохимии. В период второй мировой войны работал над проблемой разделения изотопов урана. Установил, что концентрация радиоактивного изотопа углерод-14, образующегося в атмосфере под действием космических лучей, во всем живом на нашей планете одинакова и совпадает с концентрацией в атмосфере. Когда организм гибнет, он перестает участвовать в круговороте природы и новый углерод-14 в него не попадает, Основываясь на этих данных, предложил (1947) теорию радиоуглеродного датирования и методы определения абсолютного возраста долгоживущих растений, горных пород, древнейших находок, а также дат вулканических извержений, времени вымирания различных животных. Эти методы нашли широкое применение в археологии, геологии, геофизике, биологии, медицине и др. Показал [c.298]

Очень важной областью применения искусственных радиоактивных изотопов является биология. С помощью радиоактивных, меченых, ато. юв удается следить за обменом веществ в живом организме. Так, например, при введении радиоактивных изотопов (фосфора, серы и других элементов) в питательную среду для растений удалось установить скорость передвижения этих веществ по органам растений (рис. 25), усвоение растениями двуокиси углерода, свободного азота. При введении в человеческий организм вместе с поваренной солью ничтожно малой принеси радиоактивного изотопа натрия была установлена роль натрия в процессе обмена. В настоящее время радиоактивным изотопом натрия лечат некоторые сердечно-сосудистые заболевания. Радиоактивный изотоп иода применяется при диагностике заболевания щитовидной железы, а радиоактивный изотоп фосфора — для лечения болезней крови и кожи. Радиоактивный изотоп кобальта служит хорошим заменителем радия при лечении злокачественных опухолей. [c.67]

Нахождение Крахмала в природе и его образование. Крахмал —одно из самых распространенных веществ в растительном мире. Он содержится в семенах, зернах, тканях и корнях различных растений. Особенно много его в клубнях картофеля (около 20%) и в зернах злаков (до 70—80%). Это— запасное питательное вещество растений. Крахмал — продукт усвоения двуокиси углерода и воды Превращение СОз и НаО в сложные органические вещества — эндотермический процесс, сопровождающийся поглощением солнечной энергии. Так как он протекает под действием света, то получил название фотосинтеза. Весь процесс фотосинтеза тесно связан с зеленым веществом растений — хлорофиллом. Солнечная энергия превращается при этом в химическую энергию органических веществ. За последние годы выяснено, что до 25% поглощаемой растениями двуокиси углерода осуществляется не из воздуха, а корневой системой растений (при поглощении карбонатов из почвы). При этом процесс образования органических веществ начинается не в листьях, а в зеленых образованиях, находящихся внутри растения. Выяснить это удалось методом радиоактивных изотопов. [c.246]

Образовавшиеся атомы при взаимодействии с кислородом атмосферы переходят в молекулы диоксида углерода. Происходит быстрое перемешивание СО2 в атмосфере и гидросфере, и концентрация радиоактивного изотопа углерода становится постоянной, соответствующей состоянию равновесия. Эта равновесная концентрация не меняется, поскольку распад уравновешивается его образованием в атмосфере. Молекулы углекислого газа попадают в ткани растений в результате процесса фотосинтеза, а также путём поглощения через корни. Концентрация в живых зелёных растениях остаётся постоянной, поскольку распад уравновешивается его поглощением из атмосферы. Концентрация в организме травоядных животных и в тканях животных, в организм которых попадают углеродсодержащие ионы из атмосферы, также постоянна в течение их жизни. Когда растение или животное умирает, поглощение [c.568]

Фотосинтез. Судьбу углерода в процессе фотосинтеза, условия его преобразования в организме растения в органические соединения, химическую природу этих соединений и последовательность преобразования одного в другое удается выяснять, питая растение радиоактивным углекислым газом, в состав которого вместе с обыкновенным углеродом входит его радиоактивный изотоп. Растение не делает различия между изотопами углерода. Оно ассимилирует и тот и другой изотоп в пропорции содержания их в углекислом газе. Ассимилируя, т. е. накопляя в себе в виде нелетучих соединений радиоуглерод, растение само становится радиоактивным. Если его наложить после этого на фотопластинку, по проявлении фотопластинки на ней появляется отпечаток растения. По интенсивности затемнения пластинки легко судить о количестве вновь ассимилированного тем или иным органом растения радиоуглерода, а следовательно, и всего углерода. [c.554]

При решении вопроса о механиз ме фотосинтеза ученые воспользовались методом меченых атомов. Они поместили растущие зеленые растения в атмосферу, содержащую углекислый газ с радиоактивным изотопом углерода С. После кратковременной выдержки растение тотчас подвергали исследованию. Оказалось, что уже после выдержки в течение полсекунды в растениях обнаруживается глицеринфосфорная кислота, содержащая атомы С. Следовательно, эту кислоту, по-видимому, можно рассматривать в качестве одного из первых продуктов ассимиляции. [c.279]

Однако работы Low [13] с применением стабильного изотопа углерода показывают, что углерод мочевины, если и поступает в растения, то лишь в крайне незначительных количествах, не превышающих 0,1% общего количества внесенного с мочевиной углерода. [c.54]

До недавнего времени трудно было представить себе возможность разработки подобных методов. Сейчас такая принципиальная возможность существует и, повидимому, может быть реализована в недалеком будущем на основании использования метода меченых атомов и, прежде всего, радиоактивного изотопа углерода С , который, как известно, получил широкое применение при исследованиях продуктов фотосинтеза, передвижения органических веществ растений и т. п. Однако перспективы его использования для изучения различных сторон фотосинтеза лишь намечаются в настоящее время. [c.4]

В результате выяснилось, что основное влияние на распределение изотопов углерода в растениях и животных прямо или косвенно оказывает фотосинтез. [c.179]

Применение радиоактивного изотопа углерода несомненно будет способствовать дальнейшему развитию изучения изменений фотосинтеза у разных видов растений, обитаюш их в различных комплексах естественно-исторических условий. Описанный метод позволяет отчетливо [c.38]

Относительно генезиса углей и нефти В, И. Вернадский заключает Если мы возьмем процесс в целом, то нефти и угли являются разными членами единого природного процесса, во-первых, разрушения отмерших организмов под водой — вне доступа свободного кислорода, и, во-вторых, образования больших концентраций таких разрушений (стр. 169—170). Далее он пишет Необходимо иметь в виду, что эти замершие массы жизни раньше, чем в них начнутся процессы метаморфизма, еще в биосфере переполнены жизнью — бактериальной, может быть, грибной. По Ваксману, в них больше 30% по весу живых бактерий (стр. 170). Эти высказывания Вернадского полностью сохранили свое значение и в настоящее время. А, В, Трофимов (1952) установил, что в природных материалах существует дифференциация изотопов углерода. Органогенные углеродистые концентраты — битумы, нефти, угли и другие имеют высокое значение отношения С С , являясь, согласно Трофимову, минералами группы легкого углерода , генетиче ски связанными с фотосинтезирующими растениями, Известняки, доломиты и другие карбонатные минералы образуют тяжелоуглеродную группу отношение С С для этой группы имеет наименьшее значение. [c.146]

За сравнительно короткий срок ученые получили возможность полнее и во многих случаях по-новому представить жизнь растения и животного, их взаимосвязь с окружающей средой, процессы движения в них питательных веществ, построения органического вещества. Так, с помощью радиоактивного изотопа углерода С обнаружена новая функция корневой системы СОг в растение поступает не только из воздуха через листья, как это предполагалось раньше, но и через корни из почвы. Поступая затем в листья и другие зеленые части растения, СОг включается в процесс фотосинтеза. Это открытие показало целесообразность и эффективность применения органических удобрений, являющихся источником почвенной двуокиси углерода. [c.485]

Протекание процессов обмена веществ в растениях и животных изучалось посредством введения изотопа С в простые сахара, радиоактивных изотопов углерода, азота или серы в аминокислоты и изотопов С , Р и в липоидные материалы. Радиоактивные изотопы применялись также при изучении механизмов, по которым животный организм вырабатывает сложные соединения, например холестерин и гем гемоглобина. [c.56]

Радиоуглеродный метод определения возраста останков животных и растений. В природе в небольших количествах содержится радиоактивный изотоп углерода-14. Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Как только растение погибает, поступление радиоуглерода в его ткани прекращается. Скорость распада уменьшается с течением времени и по оставшейся радиоактивности рассчитывают возраст останков растительного (или животного) происхождения. [c.186]

В б и о X и м и и И. и. используются для выяснения строения молекул белков и нуклеиновых к-т, а также механизма синтеза нуь-леиновых к-т, белков, жиров и углеводов в живом организме. С помощью изотопов углерода, кислорода и водорода удалось выяснить механизм нек-рых стадий фотосинтеза. Установлено, что весь выделяемый растениями кислород иоопу-чается из воды, а углерод, поглощающийся растением в виде углекислого газа, через короткое время, пройдя ряд промежуточных стадий, оказывается в сложных органич. соединениях, являющихся основой жизнедеятельности растений. [c.93]

Из радиоактивных изотопов углерода большое значение имеет (5 -ра-диоактивиый с периодом полураспада 5600 лет. В воздухе он образуется по ядерной реакции между изотопом азота и нейтроном ( Н Н- 1п = С + + 1Н) и с кислородом образует 1 002. Содержание в воздухе радиоактивной двуокиси углерода строго определенно. Участвуя вместе с обычными молекулами 1 С0з биологическом круговороте, она ассимилируется растениями, вследствие чего они обладают, пока они на корню , определенной интенсивностью радиоактивности. Если растение выходит из биологического цикла, то интенсивность радиоактивности постепенно падает через 5600 лет интенсивность снижается в 2 раза. В археологии используют это свойство для определения возраста изделий из дерева, находимых при раскопках. [c.459]

В круговороте веществ в биосфере постоянно участвуют в основном одни и те же элементы водород, углерод, азот, кислород, сера. Из неживой природы они переходят в состав растений, из растений — в животных и человека. Атомы этих элементов переходят из организма в организм и удерживаются в круге жизни сотни миллионов лет, что подтверждается данными изотопного анализа. Указанные пять элементов называют биофильными элементами (жизнелюбивыми), при этом не все их изотопы, а только легкие. Так, из трех изотопов водорода Н, Н, биофильным является только Н. Из трех природных изотопов кислорода 0, О, 0 биофилен только 0, а из изотопов углерода — только 12С. [c.600]

Использование изотопов в изучении биогенеза. Установление структуры семейств природных веществ создало основу для нредиоложения о том, какие типы синтетических переходов совершаются посредством ферментативных систем в организмах. Исследование взаимосвязей, существующих между структурами различных соединений, подчас заставляет предполагать, что одно соединение является промежуточным в биогенетическом синтезе более сложного вещества. В этом разделе приводится пример экспериментального подхода к проблеме биогенеза. Ранее сделанное разумное предположение, что аминокислоты — предшественники алкалоидов в метаболизме растений, в последнее время было доказано путем использования молекул, содержащих изотопы углерода, азота, кислорода или водорода. Метод включает следующие операции 1) синтез определенной аминокислоты с помощью изотопов, занимающих известное нололгепие в молекуле 2) метаболизм меченой молекулы в растении 3) изоляция данного алкалоида 4) определение содержания изотопа в алкалоиде и деструкция молекулы с тем, чтобы показать положения меченого атома в молекуле. Принципы использования этого метода будут показаны на нримере их прилон ения к биогенезу никотина. [c.553]

Предпосевное гамма-облучение клубней картофеля также способствовало ускорению роста и развития и повышению урожайности картофеля. Облучение вызывает более быстрое прорастание большего числа глазков клубней. Всходы из облученных клубней появляются на 3— 4 дня раньше, и в первый период роста растения значительно отличаются от необлученных. При облучении клубней образуется более мощный куст. Эта разница сохраняется и при дальнейшем росте. С помощью радиоактивного изотопа углерода выявилось, что выросшие из облученных клубней растения обладают повышенно фотосинтетическо активностью листьев вследствие более быстрого оттока из листьев продуктов ассимиляции. [c.288]

Далее, с помощью радиоактивного изотопа углерода С , было показано Рубеном и Каменом, что ассимиляция СОа происходит в растительных клетках также и в темноте, хотя гораздо медленнее, чем при освещении. Все это приводило к заключению, что под действием света растение вырабатывает малостойкие восстановители, связывающие Oj, но самое поглощение Og есть вторичный процесс, происходящий без участия света. Эти новые данные имеют столь же фундаментальное значение для проблемы фотосинтеза, как указанное выше выяснение вопроса о нроисхонгдении выделяемого кислорода. [c.307]

Далее Рубеном, Хасидом и Каменом [231] было изучено фиксирование зелеными растениями двуокиси углерода, содержащей радиоактивный изотоп С", и найдено, что поглощение СОг происходит не только на свету, как полагали ранее, но также и в темноте, хотя и гораздо более медленно. Темновая реакция обратима [374], так как обыкновенная двуокись углерода делается активной после контакта с растением, фиксировавшим С Юг в темноте. Темновая реакция значительно ускоряется после предварительного освещения. [c.622]

В 1945 г. в растение вводили в виде СОг, и затем вьывляли этот нерадиоактивный изотоп углерода с помощью масс-спектрометрии. Кольцо флоэмы ошпаривали тонкой струей перегретого пара, чтобы убить клетки, и после этого транслокация меченной С-сахарозы через этот участок прекращалась. Транспорт минеральных веществ по ксилеме при такой обработке не страдал. [c.133]

Как видно из уравнения, процесс бактериального фотосинтеза, так же как и фотосинтез у зеленых растений, представляет собой сопряженный окислительно-восстановительный процесс, идущий под влиянием бактериохлорофилла, содержащегося в бактериях, и световой энергии. В результате чего выделяется свободная сера, которая накапливается в бактериях в виде гранул. С помощью изотопа углерода С, дан е при очень коротких экспозициях (несколько секунд) на свету, у фотосинтезирующих пурпурных бактерий СЬгота11ит обнаружено около 45% Сг в составе аспарагиновой и около 28% в фосфоглицериновой кислотах. Фотосинтез идет с большой скоростью, поэтому трудно уловить первичный продукт, на котором фиксируется углекислый газ. По-видимому, сначала образуется фосфоглицериновая кислота из рибулезодифосфата, как и у высших растений. Образование аспарагиновой кислоты происходит в дальнейшем путем превращения фосфоглицериновой кислоты в фосфоенолпирови-ноградную, которая, карбоксилируясь, дает щавелевоуксусную кислоту, и уже последняя путем переаминирования превращается в аспарагиновую кислоту. [c.379]

В настоящее время в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, достигается очень точное фракционирование изотопов углерода. Отношение С/ С в них составляет от 90,0 до 92,9% отношения, определенного для так называемого чикагского стандарта — углеродистого вещества ископаемого белемнита В небиогенном углероде это отношение варьирует от 88,0 до 90,2%. Как возникает такое различие в изотопном составе углерода, мы можем представить себе только в самых общих чертах. Фотосинтез представляет собой последовательность кинетических процессов, а не равновесных реакций. Значит, в каждой из последовательных реакций определяющую роль играет кинетика, а легкий изотоп реагирует в целом быстрее, чем тяжелый. С другой [c.306]

Однако такой вывод надо признать если не совершенно ошибочным, то, во всяком случае, необоснованным. Сходство изотопного состава говорит только о сходной степени фракционированности изотопов, т. е. о принципиальном сходстве процессов образования анализируемых веществ. Можно не сомневаться в том, что в неорганическом фотосинтезе, происходившем в условиях бескислородной атмосферы, кинетика играла не меньшую роль, чем в фотосинтезе органическом, протекающем в современных условиях. Итак, мы пришли к отрицательному заключению сходство соотношения стабильных изотопов углерода в современных зеленых растениях и в биогенных отложениях с изотопным составом углерода древнейших осадочных пород еще не доказывает, что эти породы образовались биогенным путем. Это справедливо и для соотношения стабильных изотопов других элементов. [c.307]

Для исследования в растениях процессов фотосинтеза, корневого питания, водного режима, синтеза органических веществ, обмена веществ и т, д, широко применяют радиоактивные и стабильные изотопы. Для этого используют метод меченых атомов в растение через листья или корни вводят вещества, содержащие изотопы элементов, а потом определяют наличие их в тканях органов растений или в отдельных веществах, выделенных из растений. Методы измерения радиоактивности основаны на способности излучений радиоактивного распада ионизировать атомы, встречающиеся иа их пути в специальной ионизационной камере. Радиоактивные изотопы углерода С и фосфора Р при распаде излучают -частицы — электроны. Для измерения таких излучений применяют счетчик Гейгера — Мюллера и специальные пересчетные приборы. Стабильные изотопы определяют на масс-спектрометре. Принцип действия это1 о прибора заключается в том, что используемый элемент вводят в трубку масс-спектрометра в форме газообразного соединения, газ ионизируется, и ионы с разной массой распределяются под действием электрического и магнитного полей. Соотношение концентраций изотопов определяют путем измерения соответствующих показателей силы электрического тока. [c.15]

Опыты по изучению пути фиксации СОг при фотосинтезе удалось провести благодаря использованию долгоживущего изотопа углерода С, появивщегося в лабораториях с 1945 г., и применению двумерной хроматографии на бумаге, разработанной несколькими годами ранее. Фиксацию СОг изучали у одноклеточных зеленых водорослей hlorella и S enedesmus. Выбор объекта объясняется тем, что, с одной стороны, эти организмы по своим биохимическим свойствам очень похожи на высщие зеленые растения и с другой — их можно выращивать в одинаковых, стандартных условиях, а при проведении опытов с кратковременной фиксацией углекислоты клетки можно очень быстро убивать. [c.84]