प्रकाश संश्लेषण के रूप में एक अद्भुत और इस तरह की एक अत्यंत महत्वपूर्ण घटना की खोज का इतिहास अतीत में गहराई से निहित है। चार शताब्दियों से भी पहले, 1600 में, बेल्जियम के वैज्ञानिक जान वान-हेलमोंट ने एक सरल प्रयोग किया। उसने 80 किलो मिट्टी से भरे बैग में विलो की एक शाखा रखी। वैज्ञानिक ने विलो का प्रारंभिक वजन दर्ज किया, और फिर पांच साल तक पौधे को विशेष रूप से वर्षा जल से पानी पिलाया। जन वैन - हेलमॉन्ट को क्या आश्चर्य हुआ जब उन्होंने विलो को फिर से तौला। पौधे का वजन 65 किलो बढ़ गया, और पृथ्वी का द्रव्यमान केवल 50 ग्राम कम हो गया! वैज्ञानिक के लिए पौधे को 64 किलो 950 ग्राम पोषक तत्व कहां से मिले, यह एक रहस्य बना हुआ है!
प्रकाश संश्लेषण की खोज के मार्ग पर अगला महत्वपूर्ण प्रयोग अंग्रेजी रसायनज्ञ जोसेफ प्रीस्टले का था। वैज्ञानिक ने एक चूहे को टोपी के नीचे रखा और पाँच घंटे के बाद कृंतक मर गया। जब प्रिस्टले ने चूहे के साथ पुदीने की टहनी रखी और कृंतक को भी टोपी से ढक दिया, तो चूहा जीवित रहा। इस प्रयोग ने वैज्ञानिक को इस विचार के लिए प्रेरित किया कि श्वास के विपरीत एक प्रक्रिया होती है। 1779 में जन इंजेनहास ने इस तथ्य को स्थापित किया कि पौधों के केवल हरे भाग ही ऑक्सीजन छोड़ने में सक्षम होते हैं। तीन साल बाद, स्विस वैज्ञानिक जीन सेनेबियर ने साबित किया कि सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में कार्बन डाइऑक्साइड पौधों के हरे जीवों में विघटित हो जाता है। ठीक पांच साल बाद, प्रयोगशाला अनुसंधान करने वाले फ्रांसीसी वैज्ञानिक जैक्स बुसिंगॉल्ट ने इस तथ्य की खोज की कि पौधों द्वारा पानी का अवशोषण कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के दौरान भी होता है। 1864 में एक ऐतिहासिक खोज जर्मन वनस्पतिशास्त्री जूलियस सैक्स द्वारा की गई थी। वह यह साबित करने में सक्षम था कि कार्बन डाइऑक्साइड की खपत और ऑक्सीजन की मात्रा 1: 1 के अनुपात में होती है।
प्रकाश संश्लेषण सबसे महत्वपूर्ण जैविक प्रक्रियाओं में से एक है
वैज्ञानिक शब्दों में, प्रकाश संश्लेषण (प्राचीन ग्रीक φῶς से - प्रकाश और σύνθεσις - संबंध, बंधन) एक प्रक्रिया है जिसमें प्रकाश में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थ बनते हैं। इस प्रक्रिया में मुख्य भूमिका प्रकाश संश्लेषक खंडों की है।
आलंकारिक रूप से बोलते हुए, एक पौधे के पत्ते की तुलना एक प्रयोगशाला से की जा सकती है, जिसकी खिड़कियां धूप की तरफ होती हैं। इसमें यह है कि कार्बनिक पदार्थों का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया पृथ्वी पर सभी जीवन के अस्तित्व का आधार है।
बहुत से लोग यथोचित सवाल पूछेंगे: शहर में रहने वाले लोग क्या सांस लेते हैं, जहां न केवल पेड़, और आप आग से दिन के दौरान घास के ब्लेड नहीं पा सकते हैं। जवाब बहुत आसान है। तथ्य यह है कि पौधों द्वारा जारी ऑक्सीजन का केवल 20% भूमि पौधों के लिए जिम्मेदार है। शैवाल वातावरण में ऑक्सीजन के उत्पादन में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। वे उत्पादित ऑक्सीजन का 80% हिस्सा हैं। संख्या की भाषा में कहें तो पौधे और शैवाल दोनों ही हर साल 145 अरब टन (!) वातावरण में ऑक्सीजन छोड़ते हैं! कोई आश्चर्य नहीं कि दुनिया के महासागरों को "ग्रह के फेफड़े" कहा जाता है।
प्रकाश संश्लेषण का सामान्य सूत्र इस प्रकार है:
जल + कार्बन डाइऑक्साइड + प्रकाश → कार्बोहाइड्रेट + ऑक्सीजन
पौधों को प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता क्यों होती है?
जैसा कि हम समझ चुके हैं कि पृथ्वी पर मनुष्य के अस्तित्व के लिए प्रकाश संश्लेषण एक आवश्यक शर्त है। हालांकि, यह एकमात्र कारण नहीं है कि प्रकाश संश्लेषक जीव सक्रिय रूप से वातावरण में ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं। तथ्य यह है कि शैवाल और पौधे दोनों ही सालाना 100 बिलियन से अधिक कार्बनिक पदार्थ (!) बनाते हैं, जो उनकी जीवन गतिविधि का आधार बनते हैं। जन वैन हेल्मॉन्ट के प्रयोग को याद करते हुए, हम समझते हैं कि प्रकाश संश्लेषण पौधों के पोषण का आधार है। यह वैज्ञानिक रूप से सिद्ध हो चुका है कि फसल का 95% प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में पौधे द्वारा प्राप्त कार्बनिक पदार्थों द्वारा निर्धारित किया जाता है, और 5% उन खनिज उर्वरकों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो माली मिट्टी में पेश करते हैं।
आधुनिक गर्मियों के निवासी पौधों की मिट्टी के पोषण पर ध्यान केंद्रित करते हैं, इसके वायु पोषण के बारे में भूल जाते हैं। यह ज्ञात नहीं है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के प्रति चौकस रहने पर बागवानों को किस प्रकार की फसल मिल सकती है।
हालांकि, न तो पौधे और न ही शैवाल सक्रिय रूप से ऑक्सीजन और कार्बोहाइड्रेट का उत्पादन कर सकते हैं यदि उनके पास एक अद्भुत हरा वर्णक - क्लोरोफिल नहीं होता।
हरे वर्णक का रहस्य
पादप कोशिकाओं और अन्य जीवित जीवों की कोशिकाओं के बीच मुख्य अंतर क्लोरोफिल की उपस्थिति है। वैसे, यह वह है जो इस तथ्य के लिए जिम्मेदार है कि पौधों की पत्तियां हरे रंग में रंगी हुई हैं। इस जटिल कार्बनिक यौगिक में एक अद्भुत गुण है: यह सूर्य के प्रकाश को अवशोषित कर सकता है! क्लोरोफिल के लिए धन्यवाद, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया संभव हो जाती है।
प्रकाश संश्लेषण के दो चरण
सरल शब्दों में, प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें क्लोरोफिल की मदद से प्रकाश में एक पौधे द्वारा पानी और कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करके चीनी और ऑक्सीजन का निर्माण होता है। इस प्रकार, अकार्बनिक पदार्थ चमत्कारिक रूप से कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं। परिणामी चीनी पौधों का ऊर्जा स्रोत है।
प्रकाश संश्लेषण के दो चरण होते हैं: प्रकाश और अंधेरा।
प्रकाश संश्लेषण का प्रकाश चरण
थायलाकोइड झिल्लियों पर होता है।
थायलाकोइड एक झिल्ली से बंधी संरचनाएं हैं। वे क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में स्थित हैं।
प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश अवस्था की घटनाओं का क्रम:
- प्रकाश क्लोरोफिल अणु से टकराता है, जो तब हरे वर्णक द्वारा अवशोषित होता है और इसे उत्तेजित अवस्था में लाता है। अणु में शामिल इलेक्ट्रॉन उच्च स्तर पर जाता है, संश्लेषण प्रक्रिया में भाग लेता है।
- पानी का विभाजन होता है, जिसके दौरान इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव में प्रोटॉन हाइड्रोजन परमाणुओं में बदल जाते हैं। इसके बाद, उन्हें कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण पर खर्च किया जाता है।
- प्रकाश चरण के अंतिम चरण में, एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) का संश्लेषण होता है। यह एक कार्बनिक पदार्थ है जो जैविक प्रणालियों में एक सार्वभौमिक ऊर्जा संचायक की भूमिका निभाता है।
प्रकाश संश्लेषण का काला चरण
डार्क फेज का स्थान क्लोरोप्लास्ट का स्ट्रोमा है। यह अंधेरे चरण के दौरान होता है कि ऑक्सीजन जारी किया जाता है और ग्लूकोज को संश्लेषित किया जाता है। कई लोग सोचेंगे कि इस चरण को ऐसा नाम इसलिए मिला क्योंकि इस चरण के भीतर होने वाली प्रक्रियाएं विशेष रूप से रात में होती हैं। दरअसल, यह पूरी तरह सच नहीं है। ग्लूकोज संश्लेषण घड़ी के आसपास होता है। तथ्य यह है कि यह इस स्तर पर है कि प्रकाश ऊर्जा का अब उपभोग नहीं किया जाता है, जिसका अर्थ है कि इसकी आवश्यकता नहीं है।
पौधों के लिए प्रकाश संश्लेषण का महत्व
हम पहले ही इस तथ्य की पहचान कर चुके हैं कि पौधों को प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता हमसे कम नहीं है। प्रकाश संश्लेषण के पैमाने के बारे में संख्याओं की भाषा में बात करना बहुत आसान है। वैज्ञानिकों ने गणना की है कि केवल भूमि के पौधे ही उतनी सौर ऊर्जा संग्रहित कर सकते हैं जितनी 100 मेगासिटी 100 वर्षों के भीतर उपयोग कर सकती हैं!
पादप श्वसन प्रकाश संश्लेषण के विपरीत एक प्रक्रिया है। पौधों के श्वसन का अर्थ प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में ऊर्जा को मुक्त करना और इसे पौधों की जरूरतों के लिए निर्देशित करना है। सरल शब्दों में, फसल प्रकाश संश्लेषण और श्वसन के बीच का अंतर है। जितना अधिक प्रकाश संश्लेषण और कम श्वसन, उतना ही अधिक फसल, और इसके विपरीत!
प्रकाश संश्लेषण वह अद्भुत प्रक्रिया है जो पृथ्वी पर जीवन को संभव बनाती है!