La storia della scoperta di un fenomeno straordinario e così vitale come la fotosintesi affonda le sue radici nel passato. Più di quattro secoli fa, nel 1600, lo scienziato belga Jan Van - Helmont organizzò un semplice esperimento. Mise un ramo di salice in un sacco contenente 80 kg di terra. Lo scienziato ha registrato il peso iniziale del salice, quindi per cinque anni ha annaffiato la pianta esclusivamente con acqua piovana. Qual è stata la sorpresa di Jan Van - Helmont quando ha ripesato il salice. Il peso della pianta è aumentato di 65 kg e la massa della terra è diminuita di soli 50 grammi! Dove ha preso la pianta 64 kg 950 g di nutrienti per lo scienziato è rimasto un mistero!
Il successivo esperimento significativo sulla via della scoperta della fotosintesi apparteneva al chimico inglese Joseph Priestley. Lo scienziato ha messo un topo sotto il berretto e dopo cinque ore il roditore è morto. Quando Priestley mise un rametto di menta con il topo e coprì anche il roditore con un berretto, il topo rimase vivo. Questo esperimento ha portato lo scienziato all'idea che esiste un processo opposto alla respirazione. Jan Ingenhaus nel 1779 stabilì il fatto che solo le parti verdi delle piante sono in grado di rilasciare ossigeno. Tre anni dopo, lo scienziato svizzero Jean Senebier ha dimostrato che l'anidride carbonica, sotto l'influenza della luce solare, si decompone negli organelli verdi delle piante. Solo cinque anni dopo, lo scienziato francese Jacques Bussingault, conducendo ricerche di laboratorio, scoprì che l'assorbimento di acqua da parte delle piante avviene anche durante la sintesi di sostanze organiche. Una scoperta fondamentale nel 1864 fu fatta dal botanico tedesco Julius Sachs. È stato in grado di dimostrare che il volume di anidride carbonica consumata e ossigeno rilasciato si verifica in un rapporto di 1: 1.
La fotosintesi è uno dei processi biologici più importanti
In termini scientifici, la fotosintesi (dal greco antico φῶς - luce e σύνθεσις - connessione, legame) è un processo in cui si formano sostanze organiche a partire da anidride carbonica e acqua nella luce. Il ruolo principale in questo processo appartiene ai segmenti fotosintetici.
In senso figurato, la foglia di una pianta può essere paragonata a un laboratorio, le cui finestre si affacciano sul lato soleggiato. È in esso che avviene la formazione di sostanze organiche. Questo processo è la base per l'esistenza di tutta la vita sulla Terra.
Molti faranno ragionevolmente la domanda: cosa respirano le persone che vivono in città, dove non solo alberi, e durante il giorno non puoi trovare fili d'erba con il fuoco. La risposta è molto semplice. Il fatto è che le piante terrestri rappresentano solo il 20% dell'ossigeno rilasciato dalle piante. Le alghe svolgono un ruolo importante nella produzione di ossigeno nell'atmosfera. Rappresentano l'80% dell'ossigeno prodotto. Nel linguaggio dei numeri, sia le piante che le alghe rilasciano nell'atmosfera 145 miliardi di tonnellate (!) di ossigeno ogni anno! Non c'è da stupirsi che gli oceani del mondo siano chiamati i "polmoni del pianeta".
La formula generale per la fotosintesi è la seguente:
Acqua + Anidride Carbonica + Luce → Carboidrati + Ossigeno
Perché le piante hanno bisogno della fotosintesi?
Come abbiamo capito, la fotosintesi è una condizione necessaria per l'esistenza dell'uomo sulla Terra. Tuttavia, questo non è l'unico motivo per cui gli organismi fotosintetici producono attivamente ossigeno nell'atmosfera. Il fatto è che sia le alghe che le piante formano ogni anno più di 100 miliardi di sostanze organiche (!), che costituiscono la base della loro attività vitale. Ricordando l'esperimento di Jan Van Helmont, comprendiamo che la fotosintesi è la base della nutrizione delle piante. È stato scientificamente provato che il 95% del raccolto è determinato da sostanze organiche ottenute dalla pianta nel processo di fotosintesi e il 5% da quei fertilizzanti minerali che il giardiniere introduce nel terreno.
I moderni residenti estivi si concentrano sulla nutrizione del suolo delle piante, dimenticando la sua nutrizione aerea. Non si sa che tipo di raccolto potrebbero ottenere i giardinieri se fossero attenti al processo di fotosintesi.
Tuttavia, né le piante né le alghe potrebbero produrre ossigeno e carboidrati così attivamente se non avessero uno straordinario pigmento verde: la clorofilla.
Il segreto del pigmento verde
La principale differenza tra le cellule vegetali e le cellule di altri organismi viventi è la presenza di clorofilla. A proposito, è lui il colpevole del fatto che le foglie delle piante sono colorate proprio di verde. Questo complesso composto organico ha una straordinaria proprietà: può assorbire la luce solare! Grazie alla clorofilla diventa possibile il processo di fotosintesi.
Due fasi della fotosintesi
In termini semplici, la fotosintesi è un processo in cui l'acqua e l'anidride carbonica assorbite da una pianta alla luce con l'aiuto della clorofilla formano zucchero e ossigeno. Così, le sostanze inorganiche vengono miracolosamente trasformate in organiche. Lo zucchero risultante è la fonte di energia delle piante.
La fotosintesi ha due fasi: luce e buio.
Fase leggera della fotosintesi
Si verifica sulle membrane tilacoidi.
I tilacoidi sono strutture delimitate da una membrana. Si trovano nello stroma del cloroplasto.
L'ordine degli eventi dello stadio luminoso della fotosintesi:
- La luce colpisce la molecola di clorofilla, che viene poi assorbita dal pigmento verde e lo porta in uno stato eccitato. L'elettrone incluso nella molecola va a un livello superiore, partecipa al processo di sintesi.
- C'è una scissione dell'acqua, durante la quale i protoni sotto l'influenza degli elettroni si trasformano in atomi di idrogeno. Successivamente, vengono spesi per la sintesi dei carboidrati.
- Nella fase finale della fase luminosa, viene sintetizzato l'ATP (adenosina trifosfato). Questa è una sostanza organica che svolge il ruolo di un accumulatore di energia universale nei sistemi biologici.
Fase oscura della fotosintesi
Il sito della fase oscura è lo stroma dei cloroplasti. È durante la fase oscura che l'ossigeno viene rilasciato e il glucosio viene sintetizzato. Molti penseranno che questa fase abbia un tale nome perché i processi che si svolgono all'interno di questa fase vengono eseguiti esclusivamente di notte. In realtà, questo non è del tutto vero. La sintesi del glucosio avviene 24 ore su 24. Il fatto è che è in questa fase che l'energia luminosa non viene più consumata, il che significa che semplicemente non è necessaria.
Importanza della fotosintesi per le piante
Abbiamo già identificato il fatto che le piante hanno bisogno della fotosintesi non meno di noi. È molto facile parlare della scala della fotosintesi nel linguaggio dei numeri. Gli scienziati hanno calcolato che solo le piante terrestri immagazzinano tanta energia solare quanta ne potrebbero consumare 100 megalopoli in 100 anni!
La respirazione delle piante è un processo opposto alla fotosintesi. Il significato della respirazione delle piante è di rilasciare energia nel processo di fotosintesi e dirigerla verso i bisogni delle piante. In termini semplici, il raccolto è la differenza tra fotosintesi e respirazione. Maggiore è la fotosintesi e minore è la respirazione, maggiore è il raccolto e viceversa!
La fotosintesi è lo straordinario processo che rende possibile la vita sulla Terra!