Náttúrufræði

Glósur Helga í náttúrufræði

Blaðsíður 5–21

Glósur fyrir próf úr blaðsíðum 5 til 21 í Maður og náttúra.

01 / GLÓSUR

Ljóstillífun, bruni og hringrásir

Ljóstillífun

Í grænukornum er blaðgræna.

Koltvíoxíð + vatn + sólarorka→glúkósi + súrefni

Dýr geta ekki ljóstillífað og geta því ekki búið til eigin fæðu.

Frumuöndun

Glúkósi + súrefni→koltvíoxíð + vatn + orka

Stikkorð

  • Glúkósi
  • Plöntur nota glúkósa og fleiri hráefni, þar á meðal nitur, til að búa til prótín.
  • Prótín innihalda kolefni (C), vetni (H), súrefni (O) og nitur (N). Mörg prótín innihalda líka brennistein (S).
  • Ljóstillífun myndar glúkósa, sem inniheldur ekki nitur (N). Nitur til prótínmyndunar kemur úr nitursamböndum sem ræturnar taka upp úr jarðveginum.
  • Mjölvi er sama og sterkja.
  • Beðmi er sama og sellulósi.
  • Áburður

Glúkósi og mjölvi

  • Glúkósi er einfaldur sykur sem frumurnar geta nýtt fljótt við frumuöndun.
  • Mjölvi (sterkja) er úr mörgum glúkósasameindum. Meltingin þarf fyrst að brjóta mjölvann niður í glúkósa áður en frumurnar geta nýtt hann.

Efnaformúlur

CO2 er sama og koltvíoxíð.

Efnaformúla glúkósa er C6H12O6.

Hver glúkósasameind inniheldur:

  • 6 kolefnisfrumeindir (C)
  • 12 vetnisfrumeindir (H)
  • 6 súrefnisfrumeindir (O)

Fæðukeðjur

Fæðukeðja sýnir hver étur hvern og hvernig fæða og orka berast frá einni lífveru til annarrar.

Dæmi: gras → kanína → refur.

Örin bendir frá fæðunni að þeirri lífveru sem étur hana.

Súrefni og koltvíoxíð

Plöntur mynda súrefni (O₂) við ljóstillífun. Dýr nota súrefnið við frumuöndun.

Dýr láta frá sér koltvíoxíð (CO₂) við frumuöndun. Plöntur nýta koltvíoxíðið við ljóstillífun.

Þetta samspil ljóstillífunar og frumuöndunar er hluti af hringrás efna. Plöntur stunda líka frumuöndun.

Mismunandi lengd hringrása kolefnis

Kolefni getur verið geymt í mjög mislangan tíma áður en það berst aftur út í andrúmsloftið sem koltvíoxíð (CO₂). Dæmi úr bókinni, bls. 16 og 17:

TímiDæmi um leið kolefnisins
1 sólarhringurPlantan bindur kolefni við ljóstillífun. Hún losar hluta þess aftur sem CO₂ við frumuöndun sama dag.
Um 1 árKolefni geymist í byggkorni. Mús étur kornið og losar kolefnið sem CO₂ við frumuöndun.
Um 100 árKolefni binst í tré sem vex í um heila öld. Þegar viðurinn er brenndur losnar það aftur sem CO₂.
Hundruð milljóna áraKolefni úr fornum lífverum geymist í kolum eða olíu. Það losnar sem CO₂ þegar eldsneytið er brennt.

Nafn til að muna fyrir prófið

Jan Baptist van Helmont. Í bókinni stendur „Jan Babtista van Helmont“ (bls. 6).

Hann gerði tilraun með tré í potti. Tréð þyngdist mikið en moldin léttist mjög lítið.

02 / SJÁLFSPRÓF

Svör við sjálfsprófum

Sjálfspróf á bls. 10, 13 og 20. Spurninganúmer fylgja bókinni; spurningar eru sums staðar styttar. Æfðu þig að svara með eigin orðum áður en þú skoðar svörin.

Smelltu á spurningu til að sjá svarið.

Sjálfspróf á blaðsíðu 10

1. Hvað er ljóstillífun?

Ljóstillífun er ferli þar sem plöntur nýta ljósorku til að búa til glúkósa úr koltvíoxíði og vatni. Um leið myndast súrefni.

2. Hvaða efni þurfa plöntur til ljóstillífunar og hvaða efni myndast?

Plöntur þurfa koltvíoxíð og vatn, auk ljósorku. Glúkósi og súrefni myndast: koltvíoxíð + vatn + sólarorka → glúkósi + súrefni.

3. Hvað kallast græna litarefnið í plöntum?

Blaðgræna. Hún er í grænukornum plöntufrumna og beislar ljósorkuna.

4. Hvað verður um sólarorkuna sem plönturnar beisla?

Ljósorkan breytist í efnaorku sem geymist í glúkósanum. Plantan getur nýtt hana síðar við frumuöndun.

5. Í hvaða efni getur glúkósi breyst í plöntum?

Meðal annars í mjölva (sterkju), beðmi (sellulósa) og fituefni. Plöntur nota hann líka við myndun prótína og vítamína. Til að búa til prótín þarf fleiri hráefni, meðal annars nitur.

6. Hvaða efni þurfa plöntur umfram vatn og koltvíoxíð?

Þær þurfa steinefni, meðal annars nitur, fosfór og kalíum, og lítið magn af járni, kopar og sinki. Ræturnar taka efnin upp leyst í vatni. Áburður getur bætt þeim í jarðveginn.

7. Hvernig eru lofttegundir, vatn og glúkósi flutt um plöntur?

Lofttegundir berast inn og út um loftaugu laufblaðanna. Rætur taka upp vatn og steinefni sem flytjast eftir æðum til laufblaðanna. Sykur flyst eftir öðrum æðum frá laufblöðum til annarra hluta plöntunnar, meðal annars rótanna. Bókin nefnir glúkósa; nánar tiltekið er sykurinn aðallega fluttur sem súkrósi, sem plantan getur myndað úr glúkósa.

8. Hvernig verður kolefnisfrumeind úr loftinu hluti af stofni trés?

Koltvíoxíð berst inn um loftauga. Við ljóstillífun verður kolefnið hluti af glúkósa. Úr glúkósanum getur tréð búið til beðmi sem myndar frumuveggi í stofninum.

Aukaspurning. Hvað varð um vatnið í tilraun van Helmont og hvers vegna nægir vatn eitt ekki sem byggingarefni trésins?

Mikið af vatninu gufaði út um loftaugu. Hluti þess varð eftir í plöntunni eða nýttist við ljóstillífun. Vatn (H₂O) inniheldur ekkert kolefni og getur því ekki eitt myndað kolefnissambönd trésins. Kolefnið kom úr koltvíoxíði andrúmsloftsins.

Sjálfspróf á blaðsíðu 13

1. Hvað heitir bruninn sem fer fram í frumum lífvera?

Frumuöndun.

2. Er bruninn svipaður í frumum plantna og dýra?

Já. Bæði plöntur og dýr nýta glúkósa og súrefni við frumuöndun. Þá losnar orka og koltvíoxíð og vatn myndast.

3. Hvaða efni þurfa frumurnar til að geta brennt glúkósa?

Þær þurfa súrefni, auk glúkósans sem er eldsneytið.

4. Við hvaða hitastig brennur glúkósi yfirleitt í frumum okkar?

Við líkamshita, um 37 °C. Bruninn er stjórnað ferli í frumunum og myndar ekki loga.

5. Hvaða efni verður til úr kolefnisfrumeindum glúkósans við brunann?

Koltvíoxíð (CO₂), sem við öndum síðan frá okkur.

6. Til hvers nýtist orkan sem losnar við brunann?

Meðal annars til starfsemi frumna, vaxtar, viðhalds og hreyfingar. Hluti orkunnar verður að varma.

7. Hver er munurinn á fæðuöflun plantna og dýra?

Plöntur geta búið til glúkósa með ljóstillífun. Dýr geta ekki ljóstillífað og fá fæðu með því að éta plöntur eða önnur dýr.

8. Hvaðan kemur orkan í bensíninu sem knýr bíla áfram?

Hún kom upphaflega frá sólinni og var bundin með ljóstillífun í fornum lífverum. Leifar lífvera urðu að jarðolíu sem bensín er unnið úr. Við bruna bensínsins losnar orkan.

Aukaspurning. Hvers vegna auka pottablóm í svefnherbergi aðeins súrefni að hluta til?

Í birtu geta plöntur ljóstillífað og látið frá sér súrefni. Í myrkri stöðvast ljóstillífunin, en frumuöndun heldur áfram: plantan notar súrefni og lætur frá sér koltvíoxíð. Plöntur stunda frumuöndun bæði í birtu og myrkri.

Sjálfspróf á blaðsíðu 20

1. Hvaða lífverur eru fremst í fæðukeðjum?

Frumframleiðendur, svo sem grænar plöntur og þörungar, eru fremst í fæðukeðjunum sem fjallað er um í kaflanum.

2. Nefndu dæmi um toppneytendur.

Ljón og menn geta verið toppneytendur. Toppneytandi er efst í fæðukeðju og er yfirleitt ekki étinn af öðrum rándýrum í viðkomandi vistkerfi.

3. Á hverju lifa sundrendur?

Þeir nýta dauðar lífverur, leifar þeirra og annan lífrænan úrgang. Bakteríur og sveppir eru dæmi um sundrendur.

4. Hver er munurinn á frumframleiðanda og neytanda?

Frumframleiðandi býr til orkuríka fæðu með ljóstillífun. Neytandi fær næringu úr öðrum lífverum.

5. Búðu til fæðukeðju þar sem þú ert toppneytandinn.

Gras → kýr → maður. Grasið er frumframleiðandi, kýrin fyrsta stigs neytandi og maðurinn annars stigs neytandi og toppneytandi í þessari keðju.

6. Hvers vegna eru toppneytendur yfirleitt fáir miðað við frumframleiðendur?

Samkvæmt einfalda líkani bókarinnar berast um 15% orkunnar áfram til næsta hlekks. Mikið af orkunni nýtist við starfsemi lífverunnar og dreifist sem varmi; hluti getur farið til sundrenda með úrgangi og leifum. Því er minni orka tiltæk efst í fæðupíramíðanum. Nota á 15% í dæmum úr bókinni, en hlutfallið er breytilegt í náttúrunni.

7. Hvers vegna verður lítið af mold úr miklu magni úrgangs í safnhaugi?

Sundrendur brjóta lífrænu efnin niður. Við það myndast meðal annars koltvíoxíð og vatn sem geta yfirgefið hauginn. Minni massi situr því eftir sem mold. Efnin hafa flust út í umhverfið.

8. Lýstu nokkrum mismunandi hringrásum kolefnis.

Einn sólarhringur: planta bindur kolefni við ljóstillífun og losar það aftur við frumuöndun. Um eitt ár: kolefni geymist í byggkorni sem mús étur. Um ein öld: kolefni geymist í tré þar til viðurinn er brenndur. Hundruð milljóna ára: kolefni geymist í kolum eða olíu þar til eldsneytið er brennt.

9. Hversu mikið ræktarland þarf ef 100 m² nægja fyrir plöntufæði en þú skiptir yfir í kjöt af plöntuætum?

Gróft svar samkvæmt sexfalda matinu á bls. 19 er um 600 m²: 100 × 6 = 600. Ef reiknað er með nákvæmlega 15% orkunýtingu fæst 100 ÷ 0,15 ≈ 667 m². Lykilatriðið í þessu einfalda dæmi er að um sex til sjö sinnum meira land þarf, vegna þess að hlekkur bætist við í fæðukeðjuna.

03 / PRÓFUNDIRBÚNINGUR

Undirbúningur fyrir prófið

Sjálfsprófin og samantektin á bls. 21 gefa vísbendingu um hvaða atriði skipta mestu máli. Nákvæmar spurningar kennarans liggja ekki fyrir.

Atriði sem þarf að hafa á hreinu

Jöfnurnar tvær. Kunna jöfnur ljóstillífunar og frumuöndunar. Vita hvaða efni fara inn og hvaða efni myndast. Ljóstillífun bindur ljósorku sem efnaorku; frumuöndun losar orku úr glúkósa.

Plöntur stunda líka frumuöndun. Ljóstillífun þarf ljós. Frumuöndun fer fram bæði í birtu og myrkri, í plöntum og dýrum.

Hlutverk plöntuhluta. Blaðgræna beislar ljósorku og er í grænukornum. Loftaugu sjá um loftskipti; varafrumur stýra opnun þeirra. Rætur taka upp vatn og steinefni. Æðar flytja vatn og sykur.

Glúkósi og önnur efni. Glúkósi er orkugjafi og hráefni. Mjölvi geymir glúkósa; beðmi er byggingarefni í frumuveggjum. Nitur til prótínmyndunar kemur úr jarðvegi. Muna samheitin sterkja og sellulósi.

Fæðukeðjur og sundrendur. Geta raðað frumframleiðanda, fyrsta og annars stigs neytanda og toppneytanda í keðju. Örvar vísa frá fæðu að neytanda. Sundrendur skila efnum aftur í hringrásina.

Efni og orka. Efni fara í hringrás. Orka flæðir frá sólinni, bindst í fæðu og dreifist að lokum sem varmi. Orka eyðist ekki, en verður síður tiltæk fyrir næsta hlekk.

Fæðupíramíði og útreikningar. Nota 15% áfram til næsta hlekks samkvæmt bókinni: 1000 orkkueiningar → 150 → 22,5. Þetta skýrir hvers vegna færri toppneytendur geta lifað af.

Kolefni og tilraun van Helmont. Kunna dæmi um dag, ár, öld og hundruð milljóna ára í hringrás kolefnis. Muna að tré fær kolefnið úr CO₂ í loftinu. Vatn eitt inniheldur ekki kolefni.

Líkleg gerð prófverkefna

  • Fylla eyður í jöfnum ljóstillífunar og frumuöndunar og útskýra muninn.
  • Útskýra hugtök eða merkja inn á mynd af plöntu, fæðukeðju eða fæðupíramída.
  • Rökstyðja svar: af hverju getur planta ekki lifað endalaust í myrkri, eða af hverju eru fá rándýr efst í fæðukeðju?
  • Fylgja kolefnisfrumeind úr lofti í plöntu, áfram í dýr og aftur út í loftið.
  • Reikna 15% orkuflutning eða meta aukið landrými þegar hlekkur bætist við í fæðukeðju.

Æfing: svaraðu sjálfsprófunum án þess að lesa svörin. Farðu aftur yfir þau atriði sem þú getur ekki enn útskýrt upphátt.