Альтернативні джерела енергії. ТЮБ 2016

Слайд1 14.Альтернативні джерела енергії.

(Живі організми на землі використовують енергію сонця або енергію хімічних сполук. А чи можливе існування і успішне функціонування організмів, що використовують альтернативні джерела енергії (наприклад, енергію вітру чи енергію течії річки)?)

Слайд 2 З точки зору людини , альтернативні джерела енергії – це ті джерела енергії, які можуть повністю, або частково замінити основний вид палива. Але в даному випадку мова йдеться не про синтез АТФ, а про отримання теплової енергії чи частіше електроенергії для потреб людства. Слайд 3 В живих організмах енергія одержується або шляхом використання зовнішніх джерел (енергія Сонця), або шляхом перенесення електронів при окисленні різних субстратів. В обох випадках синтезуються молекули АТФ, що мають високоенергетичні фосфатні зв`язки, при руйнуванні яких енергія, що виділяється може витрачатися в процесі життєдіяльності організму.  

Слайд 4 Наявність молекули АТФ як енергетичного акумулятора є консервативною ознакою, що свідчить про важливість та універсальність такого способу зберігання та використання енергії. Проте чи існує таке альтернативне джерело енергії яке дозволило б живим організмам синтезувати АТФ без прямої чи опосередкованої участі сонячної енергії та успішно при цьому функціонувати?

Слайд 5 Одним із альтернативних джерел енергії є енергія вітру. Використання такої енергії в чистому вигляді, тобто безпосередньо для синтезу АТФ неможливе, оскільки енергія вітру має пройти ряд перетворень поки не набуде вигляду енергії хімічних зв`язків, а це потребує ряду спеціальних пристосувань. Принцип використання енергії вітру схожий до роботи вітроелектростанції. В такому випадку, перш за все потрібен ротор, з`єднаний з електричним генератором через елементи систем трансмісії та гальмівної системи, який обертався би за допомогою вітру, таким чином перетворюючи енергію вітру на механічну енергію. Слайд 6 Електричний генератор при цьому перетворюватиме механічну енергію у енергію електричного струму, використовуючи принцип електромагнітної індукції. Електричний заряд не може самостійно існувати протягом довгого періоду часу, через що він мусить збиратися на конденсаторі. Також, енергія вітру доступна не всім живим організмам на нашій планеті. Слайд 7 Тим, хто мешкає у водному середовищі, наприклад, альтернативою могла б стати енергія течії річки. Принцип роботи такого організму майже не відрізнявся би від організму, який використовував би силу вітру. Відмінність би полягала лише в тому, що ротор обертався під дією не потоків повітря а під дією течії води. Проте навіть в водному середовищі не всі організми могли б використовувати таке альтернативне джерело енергії, оскільки частина водойм є стоячою.

Слайд 8 Ще одним альтернативним джерелом енергії теоретично могла б стати енергія розпаду атомів. Проте у цьому випадку існує ще більше обмежувальних факторів. По-перше, не всі атоми підходять для такого розпаду, а найбільш придатними є атоми урану та плутонію, оскільки при їхньому розпаді утворюється найбільше тепла, або теплової енергії. Проте, атоми урану та плутонію не досить поширені у природі що обмежує їх використання, не говорячи вже про проблему утилізації організмом відпрацьованого «палива». Слайд 9 Резервуарами, в яких атоми б розпадалися мали б стати органели або клітини з надзвичайно щільною та товстою стінкою чи ізоляцією, через яку атоми, що розпалися не могли б зашкодити життєдіяльності організму та не спричиняли мутацій в його спадковому матеріалі. Даний резервуар мав би бути оточений ресівером з водою, яку б нагрівала теплова енергія від розпаду атомів. Водяна пара в свою чергу би обертала турбіну, перетворюючи теплову енергію в механічну енергію.  Далі енергія перетворювалася  би за принципом вітроелектростанції. В даному випадку відбувається ще більше перетворень енергії, що у свою чергу ще більше ускладнює диференціацію організму, який би використовував альтернативну енергію атомів. Слайд 10 Ці способи вже на даному етапі вимагають набуття організмами суттєво нових органів/органел та принципово нових систем міжклітинного/ внутрішньоклітинного зв`язку, що приводить нас до абсолютно нового розуміння поняття «життя». Таким чином в організмів мали би появитися аналоги роторів, конденсаторів, електричних генераторів, що ще більше ускладнює будову їхнього організму. Більш того, повинна була б існувати система, яка б керувала та злагоджувала роботу як окремої «деталі», так і всього організму.

Слайд 11 Всі ці альтернативні джерела енергії дозволяють отримувати електроенергію, яка корисна для людей, але не дозволяє енергетично забезпечувати хоча б якісь життєво-важливі функції живого організму та синтезувати АТФ. Основний синтез АТФ в організмах відбувається за допомогою окисного фосфорилювання у мітохондріях. Електричний струм ніяк не може замінити глюкозу, тому для синтезу АТФ потрібен інший шлях його застосування. Можна припустити, що в таких організмах існуватиме клітина/органела-конденсатор, з якої через спеціальні філаменти електричний струм буде стимулювати інші спеціалізовані органели/клітини і цим змінювати їхній потенціал шляхом відкриття протонних каналів. Після завершення стимулу, йони через створений градієнт концентрації  будуть прагнути повернутися назад. Йонні канали такої клітини працювали би за принципом бактеріородопсину і їхня АТФ-аза працювали би як АТФ-синтетаза, дозволяючи синтезувати АТФ через структурні зміни у білку, викликані зміною потенціалу мембрани. Проте такий механізм не забезпечував би повністю енергетичні потреби клітини, через низький вихід АТФ. Тому, навіть якщо б організми використовували альтернативні джерела енергії, то не повністю, а частково, паралельно із іншими, основними. Слайд 12 Але при цьому постає запитання, чи взагалі доцільно проходити такий складний шлях диференціації для того, щоб синтезувати АТФ навіть в недостатніх для організму кількостях та які зміни навколишнього середовища би сприяли цьому?

Слайд 13 Отже, наша команда дійшла висновку, що яке б альтернативне джерело енергії організм не використовував, механізми перетворення енергії все одно призводять до синтезу АТФ, тобто до енергії хімічних зв`язків, яка є основною. Також через ряд причин, а саме відсутності відповідних змін в навколишньому середовищі; нездатності організмами одночасно набувати органів, аналогічних роторам, електричним генераторам тощо; велику кількість обмежувальних абіотичних факторів; через малу продуктивність синтезу АТФ таким шляхом, яка не здатна повністю забезпечити організм,  існування та нормальне функціонування живих організмів, які б використовували альтернативні джерела енергії є неможливим.

Слайд 14 На цьому доповідь закінчена, дякую за увагу!