Năng lượng chủ yếu cung cấp cho sinh vật trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu và được hấp thụ, chuyển hóa như thế nào?
Năng lượng chủ yếu cung cấp cho sinh vật trên Trái Đất đến từ ánh sáng mặt trời. Mặt trời là nguồn năng lượng không thể thay thế đối với tất cả các sinh vật sống trên hành tinh này. Ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi cây cối và các sinh vật tự dưỡng như thực vật, tảo, và một số vi sinh vật thông qua quá trình quang hợp. Quá trình quang hợp là quá trình các sinh vật tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa carbon dioxide (CO2) từ không khí và nước (H2O) từ đất thành glucose (C6H12O6), một dạng năng lượng hóa học có thể được sử dụng cho các hoạt động sống của sinh vật. Năng lượng này sau đó được chuyển hóa qua các cấp độ khác nhau trong chuỗi thức ăn.
Quá trình chuyển hóa năng lượng này rất quan trọng vì nó duy trì sự sống và phát triển của sinh vật trên Trái Đất. Thực vật và tảo không chỉ tạo ra năng lượng cho chính chúng mà còn cung cấp năng lượng cho các sinh vật khác thông qua chuỗi thức ăn. Các động vật ăn thực vật (sinh vật ăn cỏ) tiêu thụ năng lượng này và tiếp tục chuyển hóa nó trong cơ thể của mình. Các động vật ăn thịt sau đó tiêu thụ các sinh vật ăn cỏ và tiếp tục chu trình này. Qua đó, năng lượng từ ánh sáng mặt trời cuối cùng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học, sau đó được sử dụng cho các hoạt động sinh lý của sinh vật, từ việc duy trì các chức năng cơ bản như hô hấp và di chuyển đến việc phát triển và sinh sản.
Giải Câu hỏi 1 trang 5 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Cho biết vai trò của sinh vật tự dưỡng trong sinh giới.
Sinh vật tự dưỡng đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong sinh giới, đặc biệt trong chu trình vật chất và năng lượng của hệ sinh thái. Các sinh vật tự dưỡng, bao gồm thực vật, tảo và một số vi sinh vật, có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ từ những chất vô cơ nhờ vào quá trình quang hợp hoặc tổng hợp hóa học. Đây là những sinh vật có khả năng tạo ra nguồn năng lượng hóa học mà không cần phải tiêu thụ các sinh vật khác. Quá trình quang hợp, chủ yếu diễn ra trong lá của thực vật, sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa carbon dioxide (CO2) và nước (H2O) thành glucose (C6H12O6) và oxy (O2).
Quá trình này không chỉ cung cấp năng lượng cho sinh vật tự dưỡng mà còn cung cấp năng lượng cho các sinh vật heterotroph (không tự dưỡng) trong chuỗi thức ăn. Cây cối, tảo và một số loại vi sinh vật tạo ra năng lượng hóa học thông qua việc tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ. Năng lượng này sẽ được truyền tải qua các cấp sinh vật trong hệ sinh thái, từ thực vật đến động vật ăn cỏ và sau đó là động vật ăn thịt, và cuối cùng trở lại đất dưới dạng chất thải hoặc xác sinh vật. Vì vậy, sinh vật tự dưỡng là yếu tố không thể thiếu để duy trì sự sống trong mọi hệ sinh thái.
Ngoài ra, sinh vật tự dưỡng cũng đóng vai trò trong việc duy trì sự cân bằng của các yếu tố vô cơ trong tự nhiên, như giảm bớt lượng CO2 trong không khí và cung cấp oxy cho các sinh vật hô hấp. Do đó, chúng không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng mà còn giữ vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí quyển và duy trì sự ổn định của hệ sinh thái.
Giải Câu hỏi 2 trang 6 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Quan sát hình 1.1 và mô tả quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong sinh giới.
Quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong sinh giới diễn ra thông qua một chuỗi các bước, bắt đầu từ việc các sinh vật tự dưỡng như thực vật hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng hóa học. Đây là quá trình quang hợp, trong đó thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) từ các chất vô cơ (CO2 và H2O). Quá trình này không chỉ sản xuất ra các hợp chất hữu cơ mà còn sản xuất ra oxy (O2), một sản phẩm phụ rất quan trọng đối với sinh vật hô hấp.
Khi sinh vật ăn thực vật, năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ sẽ được truyền qua các cấp độ sinh vật trong chuỗi thức ăn. Động vật ăn cỏ hấp thụ năng lượng từ thực vật và tiếp tục chuyển hóa năng lượng này để phục vụ các hoạt động sinh lý của cơ thể. Khi động vật ăn thịt ăn động vật ăn cỏ, năng lượng tiếp tục được truyền tải. Tuy nhiên, trong mỗi bước của chu trình này, chỉ một phần năng lượng được giữ lại và chuyển hóa thành năng lượng hữu ích cho sinh vật, phần còn lại sẽ mất đi dưới dạng nhiệt.
Quá trình chuyển hóa vật chất cũng bao gồm các bước như phân giải các chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Khi sinh vật chết hoặc bài tiết chất thải, các vi sinh vật và nấm sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ này và trả lại các chất vô cơ (như CO2 và H2O) vào môi trường, hoàn thành chu trình vật chất trong tự nhiên. Quá trình phân giải này cũng là một phần của chu trình sinh thái, giúp tái tạo lại các chất dinh dưỡng cho sinh vật tự dưỡng.
Giải Câu hỏi 3 trang 6 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Quan sát hình 1.2 và mô tả các giai đoạn của quá trình chuyển hóa năng lượng trong sinh giới.
Quá trình chuyển hóa năng lượng trong sinh giới có thể được chia thành các giai đoạn chính sau đây:
Hấp thụ năng lượng ánh sáng: Năng lượng chủ yếu cung cấp cho sinh vật trong sinh giới bắt nguồn từ ánh sáng mặt trời. Thực vật, tảo và một số vi sinh vật tự dưỡng hấp thụ ánh sáng mặt trời qua quá trình quang hợp. Ánh sáng này được chuyển hóa thành năng lượng hóa học.
Chuyển hóa thành năng lượng hóa học: Sau khi hấp thụ ánh sáng, các sinh vật tự dưỡng sử dụng năng lượng này để chuyển hóa các chất vô cơ như CO2 và H2O thành các hợp chất hữu cơ như glucose. Đây là quá trình quang hợp, trong đó năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học.
Truyền năng lượng qua chuỗi thức ăn: Khi động vật ăn thực vật (hoặc các sinh vật khác), năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ được truyền qua các cấp độ trong chuỗi thức ăn. Một phần năng lượng này được sử dụng bởi sinh vật tiêu thụ để thực hiện các hoạt động sinh lý, bao gồm hô hấp, di chuyển, và sinh sản.
Phân giải năng lượng: Năng lượng không được sử dụng hết trong chuỗi thức ăn sẽ bị mất đi dưới dạng nhiệt, hoặc được lưu trữ dưới dạng chất béo, tinh bột trong cơ thể sinh vật. Khi sinh vật chết hoặc bài tiết chất thải, các vi sinh vật và nấm sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ, tái tạo lại các chất vô cơ và cung cấp lại cho sinh vật tự dưỡng.
Tái tạo năng lượng trong hệ sinh thái: Cuối cùng, quá trình này tạo ra một chu trình năng lượng liên tục, trong đó năng lượng mặt trời được tái tạo và sử dụng liên tục trong tự nhiên, giúp duy trì sự sống trên Trái Đất.
Luyện tập trang 6 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Tìm hiểu thông tin và hoàn thành bảng 1.1.
Giải Câu hỏi 4 trang 7 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Hãy phân tích mối quan hệ giữa trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở cấp tế bào và cấp cơ thể.
Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở cấp tế bào và cấp cơ thể có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Trao đổi chất là quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng và thải bỏ các chất cặn bã ra ngoài cơ thể. Ở cấp tế bào, tế bào sử dụng năng lượng từ các hợp chất hữu cơ để duy trì các chức năng cơ bản như sinh sản, phát triển và đáp ứng với các tín hiệu môi trường. Quá trình này liên quan đến các phản ứng hóa học trong cơ thể, bao gồm cả quá trình hô hấp tế bào, trong đó glucose và oxy được sử dụng để tạo ra năng lượng dưới dạng ATP (adenosine triphosphate), giúp cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.
Ở cấp cơ thể, trao đổi chất không chỉ giúp duy trì các chức năng tế bào mà còn hỗ trợ quá trình chuyển hóa năng lượng giữa các sinh vật trong chuỗi thức ăn. Sinh vật tiêu thụ năng lượng từ thức ăn và chuyển hóa nó thành năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống. Quá trình này liên quan đến việc hấp thụ, chuyển hóa và phân giải các chất dinh dưỡng trong cơ thể để duy trì sự sống và phát triển.
Giải Câu hỏi 5 trang 8 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Cho biết vai trò của trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng đối với sinh vật. Nêu ví dụ minh họa.
Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng đóng vai trò quan trọng đối với sinh vật vì chúng là cơ sở để duy trì sự sống. Trao đổi chất giúp cơ thể sinh vật hấp thụ các chất dinh dưỡng cần thiết từ môi trường (như oxy, nước, và các hợp chất hữu cơ) và thải ra các chất cặn bã (như CO2 và ure). Chuyển hóa năng lượng giúp sinh vật duy trì các hoạt động sống như sinh trưởng, di chuyển và sinh sản. Ví dụ, trong quá trình quang hợp, cây xanh hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa nó thành năng lượng hóa học, giúp cây phát triển và cung cấp năng lượng cho các sinh vật khác.
Vận dụng trang 8 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Cho biết ý nghĩa của việc trồng và bảo vệ cây xanh.
Việc trồng và bảo vệ cây xanh có ý nghĩa rất lớn đối với cả môi trường và sức khỏe của con người. Cây xanh là nguồn cung cấp oxy, giúp cân bằng khí quyển và điều hòa nhiệt độ. Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm không khí, bảo vệ hệ sinh thái và duy trì sự sống trên Trái Đất. Trồng cây và bảo vệ cây xanh giúp tăng cường quá trình quang hợp, cung cấp năng lượng cho các sinh vật khác và làm sạch không khí.
