Egy csodálatos és olyan életbevágóan fontos jelenség, mint a fotoszintézis felfedezésének története mélyen a múltban gyökerezik. Több mint négy évszázaddal ezelőtt, 1600-ban Jan Van - Helmont belga tudós egyszerű kísérletet állított fel. Egy fűzfaágat tett egy zacskóba, amelyben 80 kg föld volt. A tudós feljegyezte a fűz kezdeti súlyát, majd öt évig kizárólag esővízzel öntötte a növényt. Mi volt Jan Van - Helmont meglepetése, amikor újra lemérte a fűzfát. A növény súlya 65 kg-mal nőtt, a föld tömege pedig mindössze 50 grammal csökkent! Honnan jutott a növény 64 kg 950 g tápanyag a tudós számára rejtély maradt!
A következő jelentős kísérlet a fotoszintézis felfedezéséhez vezető úton Joseph Priestley angol kémikusé volt. A tudós egy egeret tett a sapka alá, és öt óra múlva a rágcsáló elpusztult. Amikor Priestley mentaszálat helyezett az egérrel, és a rágcsálót is letakarta sapkával, az egér életben maradt. Ez a kísérlet arra a gondolatra vezette a tudóst, hogy létezik a légzéssel ellentétes folyamat. Jan Ingenhaus 1779-ben megállapította, hogy csak a növények zöld részei képesek oxigén felszabadítására. Három évvel később Jean Senebier svájci tudós bebizonyította, hogy a szén-dioxid a napfény hatására lebomlik a növények zöld organellumában. Alig öt évvel később Jacques Bussingault francia tudós, laboratóriumi kutatásokat végzett, felfedezte, hogy a növények vízfelvétele szerves anyagok szintézise során is megtörténik. 1864-ben mérföldkőnek számító felfedezést tett Julius Sachs német botanikus. Be tudta bizonyítani, hogy az elfogyasztott szén-dioxid és a felszabaduló oxigén térfogata 1:1 arányban fordul elő.
A fotoszintézis az egyik legfontosabb biológiai folyamat
Tudományos szóhasználattal a fotoszintézis (ógörögül φῶς - fény és σύνθεσις - kapcsolódás, kötés) egy olyan folyamat, amelyben a fény hatására szén-dioxidból és vízből szerves anyagok képződnek. Ebben a folyamatban a főszerep a fotoszintetikus szegmenseké.
Képletesen szólva egy növény levele egy laboratóriumhoz hasonlítható, amelynek ablakai a napos oldalra néznek. Ebben fordul elő szerves anyagok képződése. Ez a folyamat az alapja minden élet létezésének a Földön.
Sokan jogosan teszik fel a kérdést: mit lélegeznek az emberek, akik a városban élnek, ahol nem csak fák vannak, és napközben nem talál fűszálakat tűzzel. A válasz nagyon egyszerű. A helyzet az, hogy a szárazföldi növények a növények által felszabaduló oxigénnek csak 20%-át teszik ki. Az algák fontos szerepet játszanak a légköri oxigéntermelésben. Ezek adják a termelt oxigén 80%-át. A számok nyelvén a növények és az algák egyaránt 145 milliárd tonna (!) oxigént juttatnak a légkörbe évente! Nem csoda, hogy a világ óceánjait "a bolygó tüdejének" nevezik.
A fotoszintézis általános képlete a következő:
Víz + Szén-dioxid + Fény → Szénhidrátok + Oxigén
Miért van szükségük a növényeknek fotoszintézisre?
Amint megértettük, a fotoszintézis elengedhetetlen feltétele az ember földi létezésének. Azonban nem ez az egyetlen oka annak, hogy a fotoszintetikus szervezetek aktívan termelnek oxigént a légkörbe. Az a helyzet, hogy az algák és a növények is évente több mint 100 milliárd szerves anyagot (!) képeznek, amelyek élettevékenységük alapját képezik. Emlékezve Jan Van Helmont kísérletére, megértjük, hogy a fotoszintézis a növényi táplálkozás alapja. Tudományosan bizonyított, hogy a termés 95% -át a növény által a fotoszintézis során nyert szerves anyagok határozzák meg, és 5% -át - azok az ásványi műtrágyák, amelyeket a kertész a talajba visz.
A modern nyári lakosok a növények talajtáplálására összpontosítanak, megfeledkezve a levegő táplálásáról. Nem ismert, hogy a kertészek milyen termést kaphatnának, ha odafigyelnének a fotoszintézis folyamatára.
Azonban sem a növények, sem az algák nem tudnának ilyen aktívan oxigént és szénhidrátot előállítani, ha nem lenne elképesztő zöld pigmentjük - klorofill.
A zöld pigment titka
A fő különbség a növényi sejtek és más élő szervezetek sejtjei között a klorofill jelenléte. Egyébként ő a bűnös azért, hogy a növények levelei pontosan zöldre színeződnek. Ennek az összetett szerves vegyületnek egy csodálatos tulajdonsága van: képes elnyelni a napfényt! A klorofillnak köszönhetően lehetővé válik a fotoszintézis folyamata.
A fotoszintézis két szakasza
Leegyszerűsítve a fotoszintézis egy olyan folyamat, amelyben a növény által a fényben, klorofill segítségével felvett szén-dioxid cukrot és oxigént képez. Így a szervetlen anyagok csodával határos módon szerves anyagokká alakulnak. A keletkező cukor a növények energiaforrása.
A fotoszintézisnek két szakasza van: világos és sötét.
A fotoszintézis könnyű fázisa
A tilakoid membránokon fordul elő.
A thylakoid membránnal határolt struktúrák. A kloroplasztisz strómájában helyezkednek el.
A fotoszintézis fényszakaszának eseménysora:
- Fény éri a klorofill molekulát, amelyet aztán a zöld pigment elnyel, és gerjesztett állapotba hozza. A molekulában lévő elektron magasabb szintre kerül, részt vesz a szintézis folyamatában.
- Van egy vízhasadás, melynek során az elektronok hatására a protonok hidrogénatomokká alakulnak. Ezt követően szénhidrátok szintézisére fordítják.
- A könnyű szakasz utolsó szakaszában az ATP (adenozin-trifoszfát) szintetizálódik. Ez egy szerves anyag, amely a biológiai rendszerekben univerzális energiaakkumulátor szerepét tölti be.
A fotoszintézis sötét fázisa
A sötét fázis helye a kloroplasztiszok stromája. A sötét fázisban oxigén szabadul fel, és glükóz szintetizálódik. Sokan azt gondolják, hogy ez a fázis azért kapott ilyen nevet, mert az ebben a szakaszban lezajló folyamatok kizárólag éjszaka zajlanak. Valójában ez nem teljesen igaz. A glükóz szintézis éjjel-nappal történik. A tény az, hogy ebben a szakaszban már nem fogyasztják a fényenergiát, ami azt jelenti, hogy egyszerűen nincs rá szükség.
A fotoszintézis jelentősége a növények számára
Azt a tényt már megállapítottuk, hogy a növényeknek nem kevésbé van szükségük a fotoszintézisre, mint nekünk. A fotoszintézis skálájáról nagyon könnyű a számok nyelvén beszélni. A tudósok számításai szerint csak a szárazföldi növények tárolnak annyi napenergiát, amennyit 100 megaváros 100 éven belül el tud használni!
A növényi légzés a fotoszintézissel ellentétes folyamat. A növényi légzés lényege, hogy a fotoszintézis során energiát szabadít fel, és a növények szükségleteire irányítja. Egyszerűen fogalmazva, a betakarítás a különbség a fotoszintézis és a légzés között. Minél több a fotoszintézis és minél alacsonyabb a légzés, annál nagyobb a termés, és fordítva!
A fotoszintézis az a csodálatos folyamat, amely lehetővé teszi az életet a Földön!