Historia odkrycia niesamowitego i niezwykle ważnego zjawiska, jakim jest fotosynteza, sięga głęboko w przeszłość. Ponad cztery wieki temu, w 1600 roku, belgijski naukowiec Jan Van - Helmont przeprowadził prosty eksperyment. Włożył gałązkę wierzby do worka zawierającego 80 kg ziemi. Naukowiec odnotował początkową wagę wierzby, a następnie przez pięć lat podlewał roślinę wyłącznie deszczówką. Jakie było zdziwienie Jana Van - Helmonta, kiedy ponownie zważył wierzbę. Waga rośliny wzrosła o 65 kg, a masa ziemi zmniejszyła się tylko o 50 gramów! Skąd roślina wzięła 64 kg 950 g składników odżywczych dla naukowca pozostało tajemnicą!
Kolejny znaczący eksperyment na drodze do odkrycia fotosyntezy należał do angielskiego chemika Josepha Priestleya. Naukowiec umieścił mysz pod czapką, a po pięciu godzinach gryzoń zdechł. Kiedy Priestley umieścił gałązkę mięty razem z myszą, a także przykrył gryzonia czapką, mysz pozostała przy życiu. Ten eksperyment doprowadził naukowca do pomysłu, że istnieje proces przeciwny do oddychania. Jan Ingenhaus w 1779 roku ustalił, że tylko zielone części roślin są zdolne do uwalniania tlenu. Trzy lata później szwajcarski naukowiec Jean Senebier udowodnił, że dwutlenek węgla pod wpływem światła słonecznego rozkłada się w zielonych organellach roślin. Zaledwie pięć lat później francuski naukowiec Jacques Bussingault, prowadząc badania laboratoryjne, odkrył fakt, że pobieranie wody przez rośliny zachodzi również podczas syntezy substancji organicznych. Przełomowego odkrycia dokonał w 1864 roku niemiecki botanik Julius Sachs. Był w stanie udowodnić, że objętość zużytego dwutlenku węgla i uwolnionego tlenu występuje w stosunku 1:1.
Fotosynteza jest jednym z najważniejszych procesów biologicznych
Z naukowego punktu widzenia fotosynteza (od starożytnej greki φῶς – światło i σύνθεσις – łączenie, wiązanie) to proces, w którym z dwutlenku węgla i wody w świetle powstają substancje organiczne. Główną rolę w tym procesie odgrywają segmenty fotosyntetyczne.
Mówiąc obrazowo, liść rośliny można porównać do laboratorium, którego okna wychodzą na słoneczną stronę. To w nim dochodzi do powstawania substancji organicznych. Proces ten jest podstawą istnienia wszelkiego życia na Ziemi.
Wielu rozsądnie zada pytanie: czym oddychają ludzie mieszkający w mieście, gdzie nie tylko drzewa, aw dzień z ogniem nie można znaleźć źdźbła trawy. Odpowiedź jest bardzo prosta. Faktem jest, że rośliny lądowe stanowią tylko 20% tlenu uwalnianego przez rośliny. Glony odgrywają główną rolę w produkcji tlenu do atmosfery. Stanowią one 80% produkowanego tlenu. W języku liczb zarówno rośliny, jak i glony uwalniają rocznie do atmosfery 145 miliardów ton (!) tlenu! Nic dziwnego, że światowe oceany nazywane są „płucami planety”.
Ogólny wzór na fotosyntezę jest następujący:
Woda + Dwutlenek węgla + Światło → Węglowodany + Tlen
Dlaczego rośliny potrzebują fotosyntezy?
Jak zrozumieliśmy, fotosynteza jest warunkiem koniecznym istnienia człowieka na Ziemi. Jednak nie jest to jedyny powód, dla którego organizmy fotosyntetyzujące aktywnie produkują tlen do atmosfery. Faktem jest, że zarówno glony, jak i rośliny tworzą rocznie ponad 100 miliardów substancji organicznych (!), które stanowią podstawę ich aktywności życiowej. Pamiętając eksperyment Jana Van Helmonta, rozumiemy, że fotosynteza jest podstawą odżywiania roślin. Udowodniono naukowo, że 95% plonu stanowią substancje organiczne, które roślina otrzymuje w procesie fotosyntezy, a 5% to nawozy mineralne, które ogrodnik wprowadza do gleby.
Współcześni mieszkańcy lata skupiają się na odżywianiu gleby roślinami, zapominając o odżywianiu powietrzem. Nie wiadomo, jakie zbiory mogliby uzyskać ogrodnicy, gdyby zwracali uwagę na proces fotosyntezy.
Jednak ani rośliny, ani algi nie mogłyby tak aktywnie wytwarzać tlenu i węglowodanów, gdyby nie miały niesamowitego zielonego pigmentu - chlorofilu.
Sekret zielonego pigmentu
Główną różnicą między komórkami roślinnymi a komórkami innych żywych organizmów jest obecność chlorofilu. Nawiasem mówiąc, to on jest sprawcą tego, że liście roślin są dokładnie zabarwione na zielono. Ten złożony związek organiczny ma jedną niesamowitą właściwość: może pochłaniać światło słoneczne! Dzięki chlorofilowi proces fotosyntezy staje się możliwy.
Dwa etapy fotosyntezy
Mówiąc najprościej, fotosynteza to proces, w którym woda i dwutlenek węgla pochłonięte przez roślinę w świetle za pomocą chlorofilu tworzą cukier i tlen. W ten sposób substancje nieorganiczne w cudowny sposób przekształcają się w substancje organiczne. Powstały cukier jest źródłem energii dla roślin.
Fotosynteza ma dwa etapy: jasny i ciemny.
Jasna faza fotosyntezy
Występuje na błonach tylakoidów.
Tylakoidy to struktury ograniczone błoną. Znajdują się w zrębie chloroplastu.
Kolejność zdarzeń lekkiej fazy fotosyntezy:
- Światło uderza w cząsteczkę chlorofilu, która jest następnie absorbowana przez zielony pigment i wprowadza go w stan wzbudzenia. Elektron zawarty w cząsteczce przechodzi na wyższy poziom, bierze udział w procesie syntezy.
- Następuje rozszczepienie wody, podczas którego protony pod wpływem elektronów zamieniają się w atomy wodoru. Następnie są wydawane na syntezę węglowodanów.
- W końcowym etapie fazy lekkiej syntetyzowany jest ATP (trójfosforan adenozyny). Jest to substancja organiczna pełniąca rolę uniwersalnego akumulatora energii w układach biologicznych.
Ciemna faza fotosyntezy
Miejscem fazy ciemnej jest zrąb chloroplastów. To właśnie w fazie ciemnej uwalniany jest tlen i syntetyzowana jest glukoza. Wielu pomyśli, że ta faza ma taką nazwę, ponieważ procesy zachodzące w jej obrębie odbywają się wyłącznie w nocy. W rzeczywistości nie jest to do końca prawdą. Synteza glukozy zachodzi przez całą dobę. Faktem jest, że na tym etapie energia świetlna nie jest już zużywana, co oznacza, że \u200b\u200bpo prostu nie jest potrzebna.
Znaczenie fotosyntezy dla roślin
Zidentyfikowaliśmy już fakt, że rośliny potrzebują fotosyntezy nie mniej niż my. O skali fotosyntezy bardzo łatwo mówić językiem liczb. Naukowcy obliczyli, że tylko rośliny lądowe magazynują tyle energii słonecznej, ile 100 megamiast mogłoby zużyć w ciągu 100 lat!
Oddychanie roślin jest procesem przeciwnym do fotosyntezy. Znaczenie oddychania roślin polega na uwolnieniu energii w procesie fotosyntezy i skierowaniu jej na potrzeby roślin. Mówiąc prościej, żniwa to różnica między fotosyntezą a oddychaniem. Im więcej fotosyntezy i niższe oddychanie, tym większe zbiory i odwrotnie!
Fotosynteza to niesamowity proces, który umożliwia życie na Ziemi!