Zgodovina odkritja neverjetnega in tako življenjsko pomembnega pojava, kot je fotosinteza, sega globoko v preteklost. Pred več kot štirimi stoletji, leta 1600, je belgijski znanstvenik Jan Van - Helmont postavil preprost poskus. Vrbo vejico je položil v vrečo z 80 kg zemlje. Znanstvenik je zabeležil začetno težo vrbe, nato pa rastlino pet let zalival izključno z deževnico. Kakšno je bilo presenečenje Jana Van - Helmonta, ko je vrbo ponovno stehtal. Teža rastline se je povečala za 65 kg, masa zemlje pa se je zmanjšala le za 50 gramov! Od kod je rastlina dobila 64 kg 950 g hranil, je za znanstvenika ostala skrivnost!
Naslednji pomemben poskus na poti do odkritja fotosinteze je pripadal angleškemu kemiku Josephu Priestleyju. Znanstvenik je pod pokrovček postavil miško in po petih urah je glodalec umrl. Ko je Priestley z miško položil vejico mete in glodavca tudi pokril s pokrovčkom, je miška ostala živa. Ta poskus je znanstvenika pripeljal do ideje, da obstaja proces, ki je nasproten dihanju. Jan Ingenhaus je leta 1779 ugotovil dejstvo, da so samo zeleni deli rastlin sposobni sproščati kisik. Tri leta pozneje je švicarski znanstvenik Jean Senebier dokazal, da se ogljikov dioksid pod vplivom sončne svetlobe razgrajuje v zelenih organelih rastlin. Le pet let pozneje je francoski znanstvenik Jacques Bussingault med laboratorijskimi raziskavami odkril dejstvo, da rastline absorbirajo vodo tudi med sintezo organskih snovi. Prelomno odkritje leta 1864 je naredil nemški botanik Julius Sachs. Uspelo mu je dokazati, da se količina porabljenega ogljikovega dioksida in sproščenega kisika pojavi v razmerju 1:1.
Fotosinteza je eden najpomembnejših bioloških procesov
V znanstvenem smislu je fotosinteza (iz starogrščine φῶς - svetloba in σύνθεσις - povezava, vezava) proces, pri katerem iz ogljikovega dioksida in vode na svetlobi nastanejo organske snovi. Glavna vloga v tem procesu pripada fotosintetskim segmentom.
Če govorimo figurativno, lahko list rastline primerjamo z laboratorijem, katerega okna gledajo na sončno stran. V njem se tvorijo organske snovi. Ta proces je osnova za obstoj vsega življenja na Zemlji.
Mnogi se bodo razumno vprašali: kaj dihajo ljudje, ki živijo v mestu, kjer ne le drevesa, podnevi z ognjem ne najdete travnikov. Odgovor je zelo preprost. Dejstvo je, da kopenske rastline predstavljajo le 20% kisika, ki ga sprostijo rastline. Alge igrajo pomembno vlogo pri proizvodnji kisika v ozračju. Predstavljajo 80 % proizvedenega kisika. V jeziku številk, tako rastline kot alge vsako leto v ozračje spustijo 145 milijard ton (!) kisika! Ni čudno, da svetovne oceane imenujejo "pljuča planeta".
Splošna formula za fotosintezo je naslednja:
Voda + ogljikov dioksid + svetloba → ogljikovi hidrati + kisik
Zakaj rastline potrebujejo fotosintezo?
Kot smo razumeli, je fotosinteza nujen pogoj za obstoj človeka na Zemlji. Vendar to ni edini razlog, zakaj fotosintetični organizmi aktivno proizvajajo kisik v ozračje. Dejstvo je, da tako alge kot rastline letno tvorijo več kot 100 milijard organskih snovi (!), ki so osnova njihove življenjske aktivnosti. Če se spomnimo poskusa Jana Van Helmonta, razumemo, da je fotosinteza osnova prehrane rastlin. Znanstveno je dokazano, da 95% pridelka določajo organske snovi, ki jih rastlina pridobi v procesu fotosinteze, in 5% mineralna gnojila, ki jih vrtnar vnese v tla.
Sodobni poletni prebivalci se osredotočajo na prehrano rastlin v tleh in pozabljajo na njihovo prehrano v zraku. Ni znano, kakšen pridelek bi lahko dobili vrtnarji, če bi bili pozorni na proces fotosinteze.
Vendar niti rastline niti alge ne bi mogle tako aktivno proizvajati kisika in ogljikovih hidratov, če ne bi imele neverjetnega zelenega pigmenta - klorofila.
Skrivnost zelenega pigmenta
Glavna razlika med rastlinskimi celicami in celicami drugih živih organizmov je prisotnost klorofila. Mimogrede, prav on je krivec za to, da so listi rastlin obarvani ravno v zeleni barvi. Ta kompleksna organska spojina ima eno neverjetno lastnost: lahko absorbira sončno svetlobo! Zahvaljujoč klorofilu postane mogoč proces fotosinteze.
Dve stopnji fotosinteze
Preprosto povedano, fotosinteza je proces, pri katerem voda in ogljikov dioksid, ki ju rastlina absorbira na svetlobi, s pomočjo klorofila tvorita sladkor in kisik. Tako se anorganske snovi čudežno spremenijo v organske. Nastali sladkor je vir energije rastlin.
Fotosinteza ima dve stopnji: svetlo in temno.
Svetlobna faza fotosinteze
Pojavlja se na tilakoidnih membranah.
Tilakoidi so strukture, omejene z membrano. Nahajajo se v stromi kloroplasta.
Vrstni red dogodkov svetlobne stopnje fotosinteze:
- Svetloba zadene molekulo klorofila, ki jo nato absorbira zeleni pigment in jo spravi v vznemirjeno stanje. Elektron, vključen v molekulo, gre na višjo raven, sodeluje v procesu sinteze.
- Pride do cepitve vode, med katero se protoni pod vplivom elektronov spremenijo v atome vodika. Nato se porabijo za sintezo ogljikovih hidratov.
- Na zadnji stopnji svetlobne stopnje se sintetizira ATP (adenozin trifosfat). To je organska snov, ki igra vlogo univerzalnega akumulatorja energije v bioloških sistemih.
Temna faza fotosinteze
Mesto temne faze je stroma kloroplastov. V temni fazi se sprošča kisik in sintetizira glukoza. Mnogi bodo mislili, da je ta faza dobila tako ime, ker se procesi, ki se odvijajo v tej fazi, izvajajo izključno ponoči. Pravzaprav to ni povsem res. Sinteza glukoze poteka 24 ur na dan. Dejstvo je, da se na tej stopnji svetlobna energija ne porablja več, kar pomeni, da preprosto ni potrebna.
Pomen fotosinteze za rastline
Ugotovili smo že dejstvo, da rastline potrebujejo fotosintezo nič manj kot mi. Zelo enostavno je govoriti o obsegu fotosinteze v jeziku številk. Znanstveniki so izračunali, da samo kopenske rastline shranijo toliko sončne energije, kot bi jo 100 megamest lahko porabilo v 100 letih!
Dihanje rastlin je proces, ki je nasproten fotosintezi. Pomen dihanja rastlin je, da v procesu fotosinteze sproščajo energijo in jo usmerjajo za potrebe rastlin. Preprosto povedano, žetev je razlika med fotosintezo in dihanjem. Več ko je fotosinteze in manj dihanja, večja je žetev in obratno!
Fotosinteza je neverjeten proces, ki omogoča življenje na Zemlji!