Istorija otkrića nevjerovatne i tako vitalno važne pojave kao što je fotosinteza ima korijene duboko u prošlosti. Prije više od četiri stoljeća, 1600. godine, belgijski naučnik Jan Van - Helmont postavio je jednostavan eksperiment. Stavio je granu vrbe u vreću u kojoj je bilo 80 kg zemlje. Naučnik je zabilježio početnu težinu vrbe, a zatim je pet godina zalijevao biljku isključivo kišnicom. Kakvo je iznenađenje bio Jan Van - Helmont kada je ponovo izvagao vrba. Težina biljke porasla je za 65 kg, a masa zemlje se smanjila za samo 50 grama! Odakle biljci 64 kg 950 g hranljivih materija za naučnika je ostala misterija!
Sljedeći značajan eksperiment na putu do otkrića fotosinteze pripao je engleskom hemičaru Josephu Priestleyu. Naučnik je stavio miša pod kapu, a nakon pet sati glodar je uginuo. Kada je Priestley stavio grančicu mente mišu i također pokrio glodara kapom, miš je ostao živ. Ovaj eksperiment je naučnika doveo do ideje da postoji proces suprotan disanju. Jan Ingenhaus je 1779. godine utvrdio činjenicu da samo zeleni dijelovi biljaka mogu otpuštati kisik. Tri godine kasnije, švicarski naučnik Jean Senebier dokazao je da se ugljični dioksid, pod utjecajem sunčeve svjetlosti, razlaže u zelenim organelama biljaka. Samo pet godina kasnije, francuski naučnik Jacques Bussingault, provodeći laboratorijska istraživanja, otkrio je činjenicu da se apsorpcija vode od strane biljaka događa i tokom sinteze organskih tvari. Značajno otkriće 1864. godine napravio je njemački botaničar Julius Sachs. Uspio je dokazati da se količina potrošenog ugljičnog dioksida i oslobođenog kisika javlja u omjeru 1:1.
Fotosinteza je jedan od najvažnijih bioloških procesa
U naučnom smislu, fotosinteza (od starogrčkog φῶς - svjetlost i σύνθεσις - veza, vezivanje) je proces u kojem se iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu formiraju organske tvari. Glavna uloga u ovom procesu pripada fotosintetskim segmentima.
Slikovito govoreći, list biljke može se uporediti sa laboratorijom, čiji su prozori okrenuti na sunčanu stranu. U njemu dolazi do stvaranja organskih tvari. Ovaj proces je osnova za postojanje cijelog života na Zemlji.
Mnogi će razumno postaviti pitanje: šta dišu ljudi koji žive u gradu, gdje ne samo drveće, a danju ne možete pronaći vlati trave s vatrom. Odgovor je vrlo jednostavan. Činjenica je da kopnene biljke čine samo 20% kiseonika koji biljke oslobađaju. Alge igraju važnu ulogu u proizvodnji kisika u atmosferi. Oni čine 80% proizvedenog kiseonika. Jezikom brojeva, i biljke i alge ispuštaju 145 milijardi tona (!) kiseonika u atmosferu svake godine! Nije ni čudo što se svjetski okeani nazivaju "pluća planete".
Opća formula za fotosintezu je sljedeća:
Voda + ugljični dioksid + svjetlost → Ugljikohidrati + kisik
Zašto je biljkama potrebna fotosinteza?
Kao što smo shvatili, fotosinteza je neophodan uslov za postojanje čoveka na Zemlji. Međutim, to nije jedini razlog zašto fotosintetski organizmi aktivno proizvode kisik u atmosferu. Činjenica je da i alge i biljke godišnje formiraju više od 100 milijardi organskih tvari (!), koje čine osnovu njihove životne aktivnosti. Sjećajući se eksperimenta Jana Van Helmonta, razumijemo da je fotosinteza osnova ishrane biljaka. Naučno je dokazano da 95% usjeva određuju organske tvari koje biljka dobije u procesu fotosinteze, a 5% - ona mineralna gnojiva koja vrtlar unosi u tlo.
Moderni ljetni stanovnici fokusiraju se na ishranu tla biljaka, zaboravljajući na njegovu ishranu vazduha. Nije poznato kakvu bi žetvu baštovani mogli dobiti da su pažljivi na proces fotosinteze.
Međutim, ni biljke ni alge ne bi mogle tako aktivno proizvoditi kisik i ugljikohidrate da nemaju zadivljujući zeleni pigment - hlorofil.
Tajna zelenog pigmenta
Glavna razlika između biljnih ćelija i ćelija drugih živih organizama je prisustvo hlorofila. Inače, upravo je on krivac što su listovi biljaka obojeni upravo u zeleno. Ovo složeno organsko jedinjenje ima jedno neverovatno svojstvo: može da apsorbuje sunčevu svetlost! Zahvaljujući hlorofilu, proces fotosinteze postaje moguć.
Dvije faze fotosinteze
Jednostavno rečeno, fotosinteza je proces u kojem voda i ugljični dioksid koje biljka apsorbira na svjetlosti uz pomoć klorofila formiraju šećer i kisik. Tako se neorganske tvari čudesno pretvaraju u organske. Dobijeni šećer je izvor energije za biljke.
Fotosinteza ima dvije faze: svijetli i tamni.
Svetlosna faza fotosinteze
Javlja se na tilakoidnim membranama.
Tilakoidi su strukture ograničene membranom. Nalaze se u stromi hloroplasta.
Redoslijed događaja svjetlosne faze fotosinteze:
- Svjetlost pogađa molekulu hlorofila, koju zatim apsorbira zeleni pigment i dovodi je u pobuđeno stanje. Elektron uključen u molekul ide na viši nivo, učestvuje u procesu sinteze.
- Dolazi do cijepanja vode, pri čemu se protoni pod utjecajem elektrona pretvaraju u atome vodonika. Nakon toga se troše na sintezu ugljikohidrata.
- U završnoj fazi svjetlosnog stadijuma sintetizira se ATP (adenozin trifosfat). Ovo je organska supstanca koja igra ulogu univerzalnog akumulatora energije u biološkim sistemima.
Tamna faza fotosinteze
Mjesto tamne faze je stroma hloroplasta. U tamnoj fazi se oslobađa kiseonik i sintetiše glukoza. Mnogi će pomisliti da je ova faza dobila takav naziv jer se procesi koji se odvijaju u ovoj fazi odvijaju isključivo noću. Zapravo, ovo nije sasvim tačno. Sinteza glukoze se odvija 24 sata dnevno. Činjenica je da se upravo u ovoj fazi svjetlosna energija više ne troši, što znači da jednostavno nije potrebna.
Značaj fotosinteze za biljke
Već smo identifikovali činjenicu da je biljkama potrebna fotosinteza ništa manje od nas. Vrlo je lako govoriti o skali fotosinteze jezikom brojeva. Naučnici su izračunali da samo kopnene biljke pohranjuju toliko sunčeve energije koliko bi 100 megagradova moglo potrošiti u roku od 100 godina!
Disanje biljaka je proces suprotan fotosintezi. Smisao disanja biljaka je oslobađanje energije u procesu fotosinteze i usmjeravanje na potrebe biljaka. Jednostavno rečeno, žetva je razlika između fotosinteze i disanja. Što je više fotosinteze i niže disanje, to je veća žetva, i obrnuto!
Fotosinteza je neverovatan proces koji omogućava život na Zemlji!