Sejarah penemuan fenomena menakjubkan dan sangat penting seperti fotosintesis berakar kuat di masa lalu. Lebih dari empat abad yang lalu, pada tahun 1600, ilmuwan Belgia Jan Van Helmont melakukan eksperimen sederhana. Dia menempatkan ranting willow ke dalam tas berisi 80 kg tanah. Ilmuwan mencatat berat awal pohon willow, dan kemudian menyirami tanaman secara eksklusif dengan air hujan selama lima tahun. Bayangkan keterkejutan Jan Van Helmont ketika dia menimbang kembali pohon willow tersebut. Berat tanaman bertambah 65 kg, dan massa bumi berkurang hanya 50 gram! Dari mana tanaman mendapat 64 kg 950 gram nutrisi masih menjadi misteri bagi ilmuwan!
Eksperimen penting berikutnya dalam perjalanan menuju penemuan fotosintesis dilakukan oleh ahli kimia Inggris Joseph Priestley. Ilmuwan itu meletakkan seekor tikus di bawah tenda, dan lima jam kemudian hewan pengerat itu mati. Ketika Priestley meletakkan setangkai mint pada tikus dan juga menutupi hewan pengerat itu dengan topi, tikus itu tetap hidup. Eksperimen ini mengarahkan ilmuwan pada gagasan bahwa ada proses yang berlawanan dengan pernapasan. Jan Ingenhouse pada tahun 1779 menetapkan fakta bahwa hanya bagian tanaman yang hijau yang mampu melepaskan oksigen. Tiga tahun kemudian, ilmuwan Swiss Jean Senebier membuktikan bahwa karbon dioksida, di bawah pengaruh sinar matahari, terurai dalam organel tumbuhan hijau. Lima tahun kemudian, ilmuwan Perancis Jacques Boussingault, yang melakukan penelitian laboratorium, menemukan fakta bahwa penyerapan air oleh tanaman juga terjadi selama sintesis zat organik. Penemuan penting ini dilakukan pada tahun 1864 oleh ahli botani Jerman Julius Sachs. Ia mampu membuktikan bahwa volume karbon dioksida yang dikonsumsi dan oksigen yang dilepaskan terjadi dengan perbandingan 1:1.
Fotosintesis adalah salah satu proses biologis yang paling signifikan
Dalam istilah ilmiah, fotosintesis (dari bahasa Yunani kuno φῶς - cahaya dan σύνθεσις - koneksi, pengikatan) adalah proses di mana zat organik terbentuk dari karbon dioksida dan air dalam cahaya. Peran utama dalam proses ini adalah milik segmen fotosintesis.
Secara kiasan, daun tanaman dapat diibaratkan seperti laboratorium, yang jendelanya menghadap ke sisi cerah. Di situlah pembentukan zat organik terjadi. Proses inilah yang menjadi dasar keberadaan seluruh kehidupan di Bumi.
Banyak orang akan bertanya-tanya: apa yang dihirup oleh orang-orang yang tinggal di kota, di mana Anda bahkan tidak dapat menemukan pohon atau sehelai rumput pun di siang hari dengan api? Jawabannya sangat sederhana. Faktanya adalah tumbuhan darat hanya menyumbang 20% dari oksigen yang dilepaskan oleh tumbuhan. Rumput laut memainkan peran utama dalam produksi oksigen di atmosfer. Mereka menyumbang 80% dari oksigen yang dihasilkan. Berbicara dalam bahasa angka, baik tumbuhan maupun alga setiap tahunnya melepaskan 145 miliar ton (!) oksigen ke atmosfer! Bukan tanpa alasan bahwa lautan di dunia disebut sebagai “paru-paru planet ini”.
Rumus umum fotosintesis adalah sebagai berikut:
Air + Karbon dioksida + Cahaya → Karbohidrat + Oksigen
Mengapa tumbuhan memerlukan fotosintesis?
Seperti yang telah kita pelajari, fotosintesis merupakan syarat penting bagi keberadaan manusia di Bumi. Namun, ini bukan satu-satunya alasan mengapa organisme fotosintetik secara aktif menghasilkan oksigen ke atmosfer. Faktanya adalah baik alga maupun tumbuhan setiap tahunnya membentuk lebih dari 100 miliar zat organik (!), yang menjadi dasar aktivitas kehidupan mereka. Mengingat eksperimen Jan Van Helmont, kita memahami bahwa fotosintesis adalah dasar nutrisi tanaman. Telah dibuktikan secara ilmiah bahwa 95% hasil panen ditentukan oleh bahan organik yang diperoleh tanaman selama proses fotosintesis, dan 5% oleh pupuk mineral yang diterapkan oleh tukang kebun ke dalam tanah.
Penghuni musim panas modern memberikan perhatian utama pada nutrisi tanah tanaman, melupakan nutrisi udaranya. Tidak diketahui hasil panen seperti apa yang bisa diperoleh para tukang kebun jika mereka berhati-hati dalam proses fotosintesis.
Namun, baik tumbuhan maupun ganggang tidak dapat menghasilkan oksigen dan karbohidrat secara aktif jika mereka tidak memiliki pigmen hijau yang menakjubkan - klorofil.
Misteri Pigmen Hijau
Perbedaan utama antara sel tumbuhan dan sel organisme hidup lainnya adalah adanya klorofil. Ngomong-ngomong, dialah yang bertanggung jawab atas fakta bahwa daun tanaman berwarna hijau. Senyawa organik kompleks ini memiliki satu khasiat luar biasa: dapat menyerap sinar matahari! Berkat klorofil, proses fotosintesis juga menjadi mungkin.
Dua tahap fotosintesis
Secara sederhana, fotosintesis adalah proses di mana air dan karbon dioksida diserap oleh tanaman dalam cahaya dengan bantuan klorofil membentuk gula dan oksigen. Dengan cara ini, zat anorganik secara mengejutkan diubah menjadi zat organik. Gula yang diperoleh dari hasil konversi merupakan sumber energi bagi tanaman.
Fotosintesis memiliki dua tahap: terang dan gelap.
Fase terang fotosintesis
Itu dilakukan pada membran tilakoid.
Tilakoid adalah struktur yang dibatasi membran. Mereka terletak di stroma kloroplas.
Urutan peristiwa pada tahap cahaya fotosintesis adalah:
- Cahaya mengenai molekul klorofil, yang kemudian diserap oleh pigmen hijau dan menyebabkannya tereksitasi. Elektron yang termasuk dalam molekul berpindah ke tingkat yang lebih tinggi dan berpartisipasi dalam proses sintesis.
- Air terpecah, di mana proton diubah menjadi atom hidrogen di bawah pengaruh elektron. Selanjutnya, mereka digunakan untuk sintesis karbohidrat.
- Pada tahap akhir tahap cahaya, ATP (Adenosin trifosfat) disintesis. Ini adalah zat organik yang berperan sebagai akumulator energi universal dalam sistem biologis.
Fase gelap fotosintesis
Tempat terjadinya fase gelap adalah stroma kloroplas. Selama fase gelap inilah oksigen dilepaskan dan glukosa disintesis. Banyak yang mengira fase ini mendapat nama ini karena proses yang terjadi dalam tahap ini hanya terjadi pada malam hari. Faktanya, hal ini tidak sepenuhnya benar. Sintesis glukosa terjadi sepanjang waktu. Faktanya adalah pada tahap inilah energi cahaya tidak lagi dikonsumsi, yang berarti tidak diperlukan lagi.
Pentingnya fotosintesis bagi tumbuhan
Kita telah mengetahui fakta bahwa tumbuhan membutuhkan fotosintesis sama seperti kita. Sangat mudah untuk membicarakan skala fotosintesis dalam kaitannya dengan angka. Para ilmuwan telah menghitung bahwa tumbuhan di darat saja menyimpan energi matahari sebanyak yang dapat dikonsumsi oleh 100 kota besar dalam waktu 100 tahun!
Respirasi tumbuhan adalah kebalikan dari proses fotosintesis. Arti dari respirasi tumbuhan adalah melepaskan energi selama proses fotosintesis dan mengarahkannya untuk kebutuhan tumbuhan. Secara sederhana, hasil adalah perbedaan antara fotosintesis dan respirasi. Semakin banyak fotosintesis dan semakin rendah respirasi, semakin besar hasil panennya, dan sebaliknya!
Fotosintesis adalah proses menakjubkan yang memungkinkan adanya kehidupan di Bumi!