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3.1 : L'énergie pénètre dans les écosystèmes par la photosynthèse - Biologie


Les cellules fonctionnent grâce à l'énergie chimique que l'on trouve principalement dans les molécules de glucides, et la majorité de ces molécules sont produites par un seul processus : la photosynthèse. Grâce à la photosynthèse, certains organismes convertissent l'énergie solaire (lumière du soleil) en énergie chimique, qui est ensuite utilisée pour construire des molécules de glucides. L'énergie stockée dans les liaisons pour maintenir ces molécules ensemble est libérée lorsqu'un organisme décompose les aliments. Les cellules utilisent ensuite cette énergie pour effectuer un travail, comme un mouvement. L'énergie tirée de la photosynthèse pénètre en continu dans les écosystèmes de notre planète et est transférée d'un organisme à un autre. Par conséquent, directement ou indirectement, le processus de photosynthèse fournit la majeure partie de l'énergie requise par les êtres vivants sur Terre. La photosynthèse entraîne également la libération d'oxygène dans l'atmosphère. Bref, pour manger et respirer les humains dépendent presque entièrement des organismes qui effectuent la photosynthèse.

Dépendance solaire et production alimentaire

Certains organismes peuvent effectuer la photosynthèse, tandis que d'autres ne le peuvent pas. Un autotrophe est un organisme capable de produire sa propre nourriture. Les racines grecques du mot autotrophe signifient « soi » (auto) « nourrisseur » (troph). Les plantes sont les autotrophes les plus connues, mais il en existe d'autres, dont certains types de bactéries et d'algues (Figure (PageIndex{1})). Les algues océaniques contribuent d'énormes quantités de nourriture et d'oxygène aux chaînes alimentaires mondiales. Plus précisément, les plantes sont photoautotrophes, un type d'autotrophe qui utilise la lumière du soleil et le carbone du dioxyde de carbone pour synthétiser de l'énergie chimique sous forme de glucides. Tous les organismes effectuant la photosynthèse ont besoin de la lumière du soleil.

Hétérotrophes sont des organismes incapables de photosynthèse qui doivent donc obtenir de l'énergie et du carbone de la nourriture en consommant d'autres organismes. Les racines grecques du mot hétérotrophe signifie "autre" (hétéro) « alimentateur » (trophée), ce qui signifie que leur nourriture provient d'autres organismes. Même si l'organisme consommé est un autre animal, il fait remonter son énergie stockée aux autotrophes et au processus de photosynthèse. Les humains sont des hétérotrophes, comme le sont tous les animaux et les champignons. Les hétérotrophes dépendent des autotrophes, directement ou indirectement. Par exemple, un cerf obtient de l'énergie en mangeant des plantes. Un loup mangeant un cerf obtient de l'énergie qui provenait à l'origine des plantes mangées par ce cerf (Figure (PageIndex{2})). En utilisant ce raisonnement, tous les aliments consommés par les humains peuvent être attribués aux autotrophes qui effectuent la photosynthèse.

Résumé de la photosynthèse

Photosynthèse nécessite la lumière du soleil, du dioxyde de carbone et de l'eau comme réactifs de départ (Figure (PageIndex{3})). Une fois le processus terminé, la photosynthèse libère de l'oxygène et produit des molécules de glucides, le plus souvent du glucose. Ces molécules de sucre contiennent l'énergie dont les êtres vivants ont besoin pour survivre. Les réactions complexes de la photosynthèse peuvent être résumées par l'équation chimique illustrée à la figure (PageIndex{4}) ci-dessous.

Bien que l'équation semble simple, les nombreuses étapes qui ont lieu pendant la photosynthèse sont en réalité assez complexes. Chez les plantes, la photosynthèse a lieu principalement dans les chloroplastes des feuilles. Les chloroplastes ont une double membrane (intérieure et extérieure). Dans le chloroplaste se trouve une troisième membrane qui forme des structures empilées en forme de disque appelées thylakoïdes. Des molécules de chlorophylle, un pigment (une molécule qui absorbe la lumière) à travers lequel commence tout le processus de photosynthèse.

Les deux parties de la photosynthèse

La photosynthèse se déroule en deux étapes : les réactions dépendantes de la lumière et le cycle de Calvin. Dans le réactions dépendantes de la lumière la chlorophylle absorbe l'énergie de la lumière du soleil et la convertit ensuite en énergie chimique à l'aide de l'eau. Les réactions dépendantes de la lumière libèrent oxygène comme sous-produit de la division de l'eau. Dans le cycle de Calvin, l'énergie chimique dérivée des réactions dépendantes de la lumière entraîne à la fois la capture du carbone dans gaz carbonique molécules et l'assemblage ultérieur de molécules de sucre.

L'importance mondiale de la photosynthèse

Le processus de photosynthèse est d'une importance cruciale pour la biosphère pour les raisons suivantes :

  1. Il crée O2, ce qui est important pour deux raisons. L'oxygène moléculaire dans l'atmosphère terrestre a été créé par des organismes photosynthétiques ; sans photosynthèse il n'y aurait pas d'O2 pour soutenir la respiration cellulaire (voir chapitre 3.2) nécessaire à une vie multicellulaire complexe. Les bactéries photosynthétiques ont probablement été les premiers organismes à effectuer la photosynthèse, il y a 2-3 milliards d'années. Grâce à leur activité et à une diversité d'organismes photosynthétiques actuels, l'atmosphère terrestre contient actuellement environ 21 % d'O.2. Aussi, cet O2 est vitale pour la création de la couche d'ozone (voir chapitre 10.2), qui protège la vie des rayons ultraviolets nocifs émis par le soleil. Ozone (O3) est créé à partir de la décomposition et du remontage de O2.
  2. Il fournit de l'énergie à presque tous les écosystèmes. En transformant l'énergie lumineuse en énergie chimique, la photosynthèse fournit l'énergie utilisée par les organismes, qu'il s'agisse de plantes, de sauterelles, de loups ou de champignons. Les seules exceptions se trouvent dans des écosystèmes très rares et isolés, tels que les sources hydrothermales proches des eaux profondes où les organismes obtiennent de l'énergie provenant à l'origine de minéraux et non du soleil.
  3. Il fournit le carbone nécessaire aux molécules organiques. Les organismes sont principalement constitués de deux choses : de l'eau et des molécules organiques, ces dernières étant à base de carbone. Par le processus de fixation du carbone, la photosynthèse extrait le carbone du CO2 et le convertit en sucres (qui sont biologiques). Le carbone contenu dans ces sucres peut être réutilisé pour créer les autres types de molécules organiques dont les organismes ont besoin, tels que les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Par exemple, le carbone utilisé pour fabriquer votre ADN était autrefois du CO2 utilisé par les organismes photosynthétiques (voir la section 3.1 pour plus d'informations sur les réseaux trophiques).

une. l'énergie lumineuse est la source d'énergie initiale pour (tous) les organismes

b. les producteurs/autotrophes transforment l'énergie lumineuse/radiante en énergie chimique
OU
les producteurs/autotrophes convertissent/captent la lumière/l'énergie radiante par photosynthèse

ré. carbone/composés organiques utilisés pour l'énergie/la croissance/la réparation/le stockage

e. les composés/l'énergie passent sous forme de nourriture le long des chaînes alimentaires/niveaux trophiques WTTE

F. la respiration cellulaire libère de l'énergie sous forme d'ATP à partir des aliments

g. l'énergie est perdue sous forme de chaleur (lors de la respiration cellulaire)

h. perte d'énergie à chaque niveau trophique
OU
seulement environ 10 % de l'énergie est transmise au niveau trophique suivant / 90 % est perdu à chaque niveau trophique

je. énergie perdue dans les os/les cheveux lorsqu'ils meurent/pas complètement mangés par le niveau trophique suivant

j. énergie perdue dans les selles/urine

k. les décomposeurs/saprotrophes retirent l'énergie des déchets/corps

une. par photosynthèse / en utilisant l'énergie de la lumière

b. attaché à des composés de carbone

c. phosphates utilisés pour fabriquer des phospholipides/nucléotides/acides nucléiques/ADN/ARN/ATP

D'autres métabolites contenant du phosphore sont acceptables s'ils sont vérifiés.

ré. les nitrates sont utilisés pour fabriquer des acides aminés/protéines/nucléotides/acides nucléiques/ADN/ARN/ATP

D'autres métabolites contenant de l'azote sont acceptables s'ils sont vérifiés.

e. transporté des racines aux feuilles (dans le xylème)

une. dessiné en étapes plutôt qu'en triangle

b. dessiné à l'échelle (doit être au moins 1/5 de la case en dessous)
OU
annoté avec les valeurs numériques appropriées

N'attribuez aucun point si aucun dessin n'a été fait.

&ldquoLes valeurs numériques appropriées&rdquo doivent indiquer l'échelle, donc acceptez les pourcentages ou les nombres.


une. les plantes/producteurs/autotrophes convertissent la lumière en énergie chimique par photosynthèse

b. les pigments chlorophylle/photosynthétiques absorbent la lumière

c. les électrons sont excités/élevés à un niveau d'énergie plus élevé

ré. les électrons excités passent le long de la chaîne des porteurs d'électrons

e. énergie des électrons utilisée pour pomper des protons à travers la membrane thylakoïde/dans l'espace thylakoïde

F. gradient de chimiosmose/proton utilisé pour fabriquer de l'ATP

g. L'ATP synthase génère de l'ATP

h. pigments disposés en photosystèmes

je. les électrons du photosystème II circulent via la chaîne d'électrons vers le photosystème I

j. les électrons du photosystème I sont utilisés pour réduire le NADP

k. ATP et NADP réduit utilisés dans les réactions indépendantes de la lumière/cycle de Calvin

l. composés glucidiques/glucosés/carbonés produits contenant de l'énergie

Attribuez des points de notation pour tout point soulevé sur un diagramme clairement annoté.

une. les producteurs/plantes/autotrophes obtiennent de l'énergie à partir de la lumière/du soleil/de sources inorganiques

b. les aliments contiennent de l'énergie/de l'énergie transmise sous forme d'aliments/composés de carbone (le long des chaînes alimentaires/entre les niveaux trophiques)

c. les consommateurs tirent leur énergie d'autres organismes/du niveau trophique précédent

Ce point de repère distingue les consommateurs des producteurs.

ré. énergie libérée (dans les organismes) par la respiration (cellulaire)

Rejeter l'énergie utilisée dans la respiration.

F. énergie/ATP utilisé pour la biosynthèse/le mouvement/le transport actif/autre utilisation valable de l'ATP


Écosystèmes | Leçon 3 - Cycles de la matière et flux d'énergie dans les écosystèmes

Dans la leçon 2, les élèves ont identifié un modèle de la pyramide de la matière organique dans un écosystème de prairie. Dans la leçon 3, ils expliquent pourquoi ce modèle existe en traçant la matière et l'énergie et en reliant les échelles : (a) le cycle de la matière et le flux d'énergie entre les bassins de carbone à l'échelle de l'écosystème, (b) la croissance, les fonctions vitales et la mort des organismes à l'échelle macroscopique. et (c) les processus de transformation du carbone (photosynthèse, biosynthèse, digestion, respiration cellulaire) à l'échelle atomique-moléculaire.

Question d'orientation

Comment les atomes de carbone et l'énergie se déplacent-ils dans un écosystème ?

Activités dans cette leçon

  • Activité 3.1 : Quatre questions à grande échelle (20 min)
  • Activité 3.2 : Jeu de dés en carbone (30 min)
  • Activité 3.3 : Traçage du carbone à travers les écosystèmes (30 min)
  • (Facultatif) Activité 3.4 : Qu'arrive-t-il au carbone du sol ? (30 minutes)
  • Activité 3.5 : Traçage de l'énergie à travers un écosystème (30 min)
  • Activité 3.6 : Expliquer les modèles dans les écosystèmes (30 min)

Carte des unités

Cibler la performance des élèves

Performance cible

Leçon 3 - Cycles de la matière et flux d'énergie dans les écosystèmes (les élèves comme explicateurs)

Activité 3.1 : Quatre questions à grande échelle

Les élèves identifient les réservoirs de carbone dans les écosystèmes et les processus qui déplacent les atomes de carbone d'un réservoir à un autre.

Activité 3.2 : Jeu de dés en carbone

Les élèves enregistrent et partagent des données sur leur mouvement vers différents bassins de carbone lorsqu'ils jouent le rôle d'atomes de carbone dans un écosystème (le jeu de dés de carbone).

Activité 3.3 : Traçage du carbone à travers un écosystème

Les élèves nomment les bassins de carbone et les processus qui déplacent les atomes de carbone entre les bassins des écosystèmes terrestres.

(Facultatif) Activité 3.4 : Qu'arrive-t-il au carbone du sol ?

Les élèves expliquent le rôle des détritus et des chaînes alimentaires à base de détritus dans les écosystèmes.

Activité 3.5 : Traçage de l'énergie à travers un écosystème

Les élèves retracent les changements d'énergie et de flux d'énergie à travers les réservoirs de carbone dans les écosystèmes.

Activité 3.6 : Expliquer les modèles dans les écosystèmes

Les élèves expliquent le cycle de la matière et le flux d'énergie dans les écosystèmes, en répondant à la question sur les réservoirs de carbone, à la question sur le cycle du carbone et à la question sur le flux d'énergie.


Photosynthèse

· Seules certaines longueurs d'onde de la lumière sont utilisées pour la photosynthèse.

· Les températures élevées ont un effet sur :

o Stomates -Ils se ferment à haute température pour éviter de perdre trop d'eau. Cela ralentit la photosynthèse car moins de CO2 pénètre dans la feuille lorsque les stomates sont fermés.

o Les membranes thylacoïdiennes peuvent être endommagées, ce qui réduit la vitesse du stade dépendant de la lumière en réduisant le nombre de sites disponibles pour le transfert d'électrons.

o Chloroplastes - les membranes qui les entourent pourraient être endommagées, provoquant éventuellement la libération d'enzymes importantes dans le cycle dans la cellule. Cela réduirait le taux de l'étage indépendant de la lumière.

· Moins de CO2 entrera dans la feuille pour le cycle de Calvin

Point de saturation = où augmenter le facteur après ce point ne fait aucune différence parce que quelque chose d'autre est devenu le facteur limitant. Un graphique se stabilise ici.

L'intensité lumineuse, la température et la concentration de CO2 affectent toutes le taux de photosynthèse, donc toutes affectent les niveaux de GP, RuBP et TP dans le cycle de Calvin.


KS5 Biologie : Énergie et recyclage dans les écosystèmes

Les élèves utilisent leurs compétences scientifiques et mathématiques pour modéliser les chaînes alimentaires et calculer l'efficacité du transfert d'énergie au sein d'un écosystème.

Quels sont les effets des engrais et de la gestion des terres sur le cycle des éléments nutritifs et les environnements environnants ? Pourquoi est-ce important ?

La réalisation d'études de sol dans des zones contrastées permet aux élèves d'appliquer leurs compétences pratiques à des scénarios de la vie réelle.

Résultats d'apprentissage

  • Décrire et reconnaître les différents niveaux trophiques d'un réseau trophique.
  • Comprendre comment calculer l'efficacité du transfert d'énergie dans un réseau trophique et décrire comment l'énergie est perdue et gagnée.
  • Apprécier l'importance des micro-organismes dans les cycles de l'azote et du carbone.
  • Expliquez les facteurs clés qui affectent le taux de décomposition.

Nous veillerons à ce que les résultats d'apprentissage soient pertinents pour vos élèves et nous nous concentrerons sur le jury d'examen que vous avez choisi.

Liens vers les programmes

AQA - Biologie

3.5.3 Énergie et écosystèmes
3.5.4 Cycles des nutriments

Edexcel A - Biologie

Sujet 5 : Du côté sauvage 5.11
Thème 6 : Immunité, infection et médecine légale 6.2

Edexcel B - Biologie

10.1 : La nature des écosystèmes i. ii. iii.

OCR A - Biologie

OCR B - Biologie

4.3.1 : Photosynthèse, production alimentaire et gestion de l'environnement h (i), i

Baccalauréat International - Biologie

4.1 : Espèces, communautés et écosystèmes

BTEC - Biologie

Unité 17 : Microbiologie et techniques microbiologiques
A3 : Micro-organismes en médecine et en industrie

Compétences

a) Pensée indépendante

b) Utiliser et appliquer des méthodes et pratiques scientifiques

  • Utiliser en toute sécurité et correctement une gamme d'équipements et de matériaux pratiques.
  • Suivez les instructions écrites.
  • Faire et enregistrer des observations.
  • Tenir des registres appropriés des activités expérimentales.

d) Instruments et équipements

  • Utiliser un large éventail d'instruments, d'équipements et de techniques expérimentaux et pratiques appropriés aux connaissances et à la compréhension incluses dans la spécification.

Techniques pratiques

1. Utiliser un appareil approprié pour enregistrer une gamme de mesures quantitatives (y compris la masse, le temps, le volume, la température, la longueur et le pH).

Compétences mathématiques

  • A.0.1 Reconnaître et utiliser les unités appropriées dans les calculs
  • A.0.3 Utiliser des rapports, des fractions et des pourcentages
  • A.1.5 Comprendre les principes de l'échantillonnage appliqués aux données scientifiques

Séances clés de l'étape 5

Nos sessions Key Stage 5 et post-obligatoires s'adressent aux élèves qui étudient la biologie et la géographie aux niveaux A et AS, les cours IB et BTEC.


Voir la vidéo: Valon juhlaa -Seinäjoen Energia 90-vuotta! Kertojana Jorma Latvatalo (Janvier 2022).