קיומם של יצורים חיים על פני כדור הארץ, כולל אנשים, בלתי אפשרי ללא נשימה. על ידי צריכת חמצן מהסביבה, אדם נושף פחמן דו חמצני. בתיאוריה, הגז החיוני הזה היה צריך להסתיים. עם זאת, המוני האוויר מתמלאים בהם כל הזמן. תגובה כזו מתאפשרת, מכיוון שבמהלך הנשימה, צמחים משחררים חמצן O2. כל הצמחים הם אוטוטרופים, הממירים את היסודות הכימיים של קרום כדור הארץ למרכיבים של חיות בר, ומשחררים חמצן. לכן, ללא השתתפותם, נוכחות של חומר ביוטי על פני כדור הארץ תהיה בסימן שאלה.
המושג והגורמים של פוטוסינתזה
על ידי צריכת אור השמש, צמחים משחררים חמצן באמצעות פוטוסינתזה. במקביל, הם מייצרים יסודות שונים המכילים פחמן הנצרכים על ידי יצורים ביולוגיים.
נציגי הפלורה מכילים פיגמנט - כלורופיל, שהופך אותם לירוקים. רכיב זה לוכד את קרינת השמש. הודות לכך, פוטוסינתזה מתרחשת בצמחים, שהתגלתה רשמית בשנת 1771. מקור המונח עצמומאוחר יותר - בשנת 1877.
גורם חובה במהלך התגובה הוא קליטת אור השמש או אור שנוצר באופן מלאכותי על ידי כלורופיל. עם זאת, לגלים האולטרה-סגולים הטבעיים הבוקעים מהשמש יש את ההשפעה המיטיבה ביותר על אורגניזמים חיים. בקווי רוחב ממוזגים, הפעלת הפוטוסינתזה בסביבה הטבעית נופלת בעונה החמה, שכן אורך שעות האור ארוך יותר, ולצמחים יש גם נצרים ירוקים ועלים שנובלים בסתיו.
כדי ליישם את הטרנספורמציה המורכבת הזו, בנוסף לקרינת השמש ולכלורופיל, נדרשים CO2, H2O ואלמנטים מינרלים, המופקים בעיקר מהאדמה דרך שורשים.
מקום היישום
פוטוסינתזה מתרחשת בתוך תאי צמחים, באברונים קטנים - כלורופלסטים. הם מכילים את הפיגמנט כלורופיל, שנותן להם את צבעם הירוק.
השינוי הקשה הזה מתבצע בעיקר בעלים ירוקים, כמו גם בפירות ירוקים, יורה. התכולה הגבוהה ביותר של כלורופיל נמצאת בעלים, מכיוון ששטח גדול מאפשר לספוג כמות משמעותית של אור, לכן יש יותר אנרגיה לתגובה.
איך התהליך?
תהליך המרת חומרים בצמחים המייצרים חמצן הוא די מסובך. ראשית, הצמח לוכד את קרני השמש בעזרת כלורופיל. במקביל הוא יונק מים מהאדמה עם שורשיו, המכילים מינרלים שונים, צורך CO2 מהאוויר ומהמים.הכלורופיל הופך H2O, יסודות קורט ו-CO2 לתרכובות אורגניות. ברגע זה, צמחים משחררים חמצן לאטמוספירה, וחלקם הולכים לנשום.
פוטוסינתזה כוללת שני שלבים תלויים זה בזה, אך שונים לחלוטין: אור וחושך. השלב הראשון מתבצע רק באור, שבלעדיו אי אפשר. לחושך, הנוכחות המתמדת של CO2.
שלב קל
התנאי המוחלט ליישום תהליכים בשלב זה הוא נוכחות של כלורופיל מפעיל אור. במקרה זה, האחרון מפצל את מולקולת המים ל-H2 ו-O2. הכל קורה בתוך הכלורופלסטים, בתאים מוגבלים בקרום - תילקואידים. כתוצאה מכך נוצרת התרכובת האורגנית ATP, מעין מקור אנרגיה בתהליכים ביולוגיים. מגיע זמן שבו צמחים משחררים חמצן.
שלב אפל
הוא מתבצע בסטרומה של הכלורופלסטים ונקרא כהה, כי כאן התהליכים יכולים להימשך ללא נוכחות של אור, כלומר מסביב לשעון.
ראשית, יש ספיגה וקיבוע קבועים של פחמן דו חמצני מהסביבה. לאחר מכן מתרחשת סדרה של טרנספורמציות, המסתיימות ביצירת גלוקוז (סוכר טבעי), חומצות אמינו, חומצות שומן, גליצרול ועוד תרכובות אורגניות חשובות. האנרגיה להתרחשות התגובות נלקחת מ-ATP ו-NADP-H2 שנוצרו בשלב האור.
נשימה צמחית
כנציגי חומר חי, צמחים נושמים.יתר על כן, ספיגה ומשחררת גם O2 וגם פחמן דו חמצני. רק בצמחים, במהלך תהליך הפוטוסינתזה, נצרך CO2 ומשתחרר O2. ראוי לציין שנפלט הרבה יותר חמצן מאשר צורכים לנשימה. כתוצאה מכך, בכמות הכוללת באור, הצמח משחרר בעיקר חמצן על ידי ספיגת CO2. במקביל מתרחש גם תהליך הנשימה, אך צריכת O2 והסרה של פחמן דו חמצני מתרחשות בקנה מידה קטן בהרבה.
ככלל, בחושך, צמחים סופגים חמצן ומשחררים פחמן דו חמצני, כלומר נושמים. ככאלה, לצמחים אין מערכת נשימה: הם סופגים חמצן מכל פני השטח, בעיקר מהעלים.
צמחים המשחררים חמצן בחושך
רוב הצמחים פולטים חמצן אנרגטית באור, ובלעדיו, להיפך, הם צורכים אותו. מסיבה זו, לרוב לא מומלץ לשים אותם בחדר השינה. אבל עבור חלק מהצמחים, הכל קורה הפוך.
לדוגמה, קלנצ'ו, הפיקוס של בנימין וסחלבים נותנים באופן דינמי O2 בכל שעה ביום. הצמחים המשחררים חמצן בלילה כוללים אלוורה המחטאת בין היתר את האוויר מחיידקים ושואבת ממנו חומרים מזיקים. כנראה שכולם יודעים על התכונות המועילות של הסוקולנט הייחודי הזה.
המטהר החזק ביותר של הסביבה הוא sansevieria, שעוזר לחזק את המערכת החיסונית של אנשים. מין זה כולל גם גרניום, המסוגל להרוס כלחיידקים ואפילו כמה וירוסים. יש לו תכונות נוגדות דיכאון: ריחו יכול להקל על נוירוזה, נדודי שינה, מתח ומתח עצבי.
חשיבות הפוטוסינתזה עבור הפלנטה שלנו
לפי מדענים, כדור הארץ נוצר מערפילית השמש, ובתחילה לא היה חמצן באטמוספירה שלו. הופעתו של גז חיוני שכזה הייתה אפשרית בדיוק בגלל הפוטוסינתזה. כתוצאה מכך הופיעה נשימת חמצן, הטבועה כמעט בכל היצורים החיים. החמצן תרם להיווצרות ההגנה הטבעית של כדור הארץ מפני קרינה אולטרה סגולה מהשמש - שכבת האוזון. נסיבות אלה העדיפו את האבולוציה: שחרור של אורגניזמים חיים מהאוקיינוס ליבשה.
חשוב מאוד גם שצמחים המייצרים חמצן יצרכו גם פחמן דו חמצני מהאטמוספירה. עודף CO2 גורם לאפקט חממה שמזיק לאקלים וליצורים החיים.
בהיעדר פוטוסינתזה, יהיה שפע יתר של CO2 באטמוספירה של כוכב הלכת. כתוצאה מכך, רוב האורגניזמים החיים לא יוכלו לנשום וימותו. פוטוסינתזה קובעת את היציבות של הרכב הגז של מעטפת האטמוספירה של כדור הארץ. עצים הם הריאות של הפלנטה שלנו. לכן, חשוב מאוד להגן עליהם מפני כריתת יערות ושריפות, ולשתול יותר צמחייה בהתנחלויות.
הערך העצום של הפוטוסינתזה טמון בעובדה שתרכובות אורגניות שונות נובעות מיסודות מינרלים פשוטים. מסתבר שהכלהחיים על פני כדור הארץ חייבים את קיומם לתהליך המדהים הזה.
בנוסף, צמחים נאכלים על ידי מספר עצום של בעלי חיים. תרכובות אורגניות שנוצרות ונאגרות על ידי צמחים הן גם מזון ומקור אנרגיה. במשך מיליארדי שנים הצטברו בבטן האדמה מרבצים גדולים של חומרים אורגניים (נפט, פחם ואחרים).
אנשים משתמשים בתוצרי הפוטוסינתזה לא רק במזון ובטיפול, אלא גם בפעילויות כלכליות כחומר בנייה וחומרי גלם שונים.
