Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Фотосинтез: необхідний усьому життю
- Фотосинтез відбувається в листках
- Енергія від Сонця: Кроки фотосинтезу
- Хлорофіл, поглинання світла та створення енергії
- Фотосинтез та клітинна респірація
- Реакція глобального потепління та фотосинтезу
Процес фотосинтезу, при якому рослини і дерева перетворюють світло від сонця в живильну енергію, можуть спочатку здатися магічними, але прямо і опосередковано цей процес підтримує весь світ. Коли зелені рослини досягають світла, їх листя захоплюють сонячну енергію, використовуючи хімічні речовини, що поглинають світло, або спеціальні пігменти для отримання їжі з вуглекислого газу та води, витягнутої з атмосфери. Цей процес виділяє кисень як побічний продукт назад в атмосферу, компонент у повітрі, необхідний для всіх організмів, що дихають.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Просте рівняння для фотосинтезу - вуглекислий газ + вода + світлова енергія = глюкоза + кисень. Оскільки суб'єкти рослинного світу споживають вуглекислий газ під час фотосинтезу, вони виділяють кисень назад в атмосферу, щоб люди дихали; зелені дерева та рослини (на суші та в морі) в основному відповідають за кисень в атмосфері, і без них тварини та людина, а також інші форми життя можуть не існувати, як це відбувається сьогодні.
Фотосинтез: необхідний усьому життю
Зелені, які ростуть речі необхідні для всього життя на планеті, не тільки як їжа для травоїдних та всеїдних, але і для кисню для дихання. Процес фотосинтезу є основним способом потрапляння кисню в атмосферу. Це єдиний біологічний засіб на планеті, який захоплює сонячну світлову енергію, перетворюючи її на цукри та вуглеводи, що забезпечує рослинам поживні речовини, вивільняючи кисень.
Подумайте над цим: рослини та дерева можуть, по суті, витягувати енергію, яка починається у зовнішніх просторах космосу, у вигляді сонячного світла, перетворювати її на їжу та в процесі вивільняти необхідне повітря, яке організмам потрібно процвітати. Можна сказати, що всі рослини та дерева, що виробляють кисень, мають симбіотичний зв’язок із усіма киснево-дихаючими організмами. Люди і тварини забезпечують рослини вуглекислим газом, і вони віддають кисень у відповідь. Біологи називають це взаємними симбіотичними відносинами, оскільки всі сторони у відносинах виграють.
У системі класифікації Ліннея категоризація та ранжування всього живого, рослин, водоростей та типу бактерій, які називаються ціанобактеріями, є єдиними живими істотами, які виробляють їжу від сонячного світла. Аргумент щодо вирубки лісів та видалення рослин задля розвитку здається контрпродуктивним, якщо в цих розробках не залишиться людей, тому що не залишаються рослини та дерева, щоб виробляти кисень.
Фотосинтез відбувається в листках
Рослини та дерева - автотрофи, живі організми, які виготовляють собі їжу. Оскільки вони роблять це, використовуючи енергію світла від сонця, біологи називають їх фотоавтотрофами. Більшість рослин і дерев на планеті є фотоавтотрофами.
Перетворення сонячного світла в їжу відбувається на клітинному рівні всередині листя рослин в органелі, що знаходиться в клітинах рослин, структурі під назвою хлоропласт. Поки листя складаються з декількох шарів, фотосинтез відбувається в мезофілі, середньому шарі. Невеликі мікро отвори на нижній стороні листя, що називаються продихами, контролюють надходження вуглекислого газу та кисню до та із заводу, контролюючи газообмін рослин та водний баланс рослин.
Продихи існують на дні листя, зверненому до сонця, щоб мінімізувати втрати води. Маленькі огороджувальні клітини, що оточують продихи, контролюють відкриття та закриття цих ротових отворів шляхом набухання або зменшення у відповідь на кількість води в атмосфері. Коли продихи закриваються, фотосинтез не може відбутися, оскільки рослина не може приймати вуглекислий газ. Це призводить до зниження рівня вуглекислого газу в рослині. Коли світловий день стає занадто жарким і сухим, строма закривається для збереження вологи.
Як органела або структура на клітинному рівні в листі рослини, хлоропласти мають зовнішню і внутрішню мембрану, яка їх оточує. Усередині цих мембран розташовані пластинчасті структури, звані тилакоїдами. Тилакоїдна мембрана - це місце, де рослина і дерева зберігають хлорофіл, зелений пігмент, відповідальний за поглинання світлової енергії від сонця. Тут відбуваються початкові залежно від світла реакції, в яких численні білки складають транспортний ланцюг, щоб перенести енергію, витягнуту від сонця, туди, куди потрібно пройти всередині рослини.
Енергія від Сонця: Кроки фотосинтезу
Процес фотосинтезу - це двоступеневий багатоступеневий процес. Перший етап фотосинтезу починається з Легкі реакції, також відомий як Легкозалежний процес і вимагає світлової енергії від сонця. Другий етап Темна реакція стадія, також названа Цикл Кальвіна, це процес, за допомогою якого рослина виробляє цукор за допомогою НАДФГ та АТФ зі стадії легкої реакції.
The Легка реакція Фаза фотосинтезу включає наступні етапи:
Все це відбувається на клітинному рівні всередині рослин тилакоїди, окремі сплющені мішечки, розташовані в грані або стопки всередині хлоропластів рослинних або деревних клітин.
The Цикл Кальвіна, названий біохіміком Берклі Мелвіном Калвіном (1911-1997), лауреатом Нобелівської премії з хімії 1961 р. за відкриття стадії темної реакції - це процес, за допомогою якого рослина робить цукор за допомогою НАДФ і АТФ зі стадії легкої реакції. Під час циклу Кальвіна проводяться наступні кроки:
Хлорофіл, поглинання світла та створення енергії
В межах тилакоїдної мембрани вбудовані дві системи захоплення світла: фотосистема I та фотосистема II, що складається з декількох антеноподібних білків, де рослини залишають енергію світла на хімічну енергію. Фотосистема I забезпечує запас електроносіїв з низьким рівнем енергії, а інша доставляє енергетичні молекули туди, куди потрібно їхати.
Хлорофіл - це світлопоглинаючий пігмент всередині листя рослин і дерев, який починає процес фотосинтезу. Як органічний пігмент у тилакоїді хлоропласту, хлорофіл поглинає енергію лише у вузькій смузі електромагнітного спектру, що виробляється сонцем, в діапазоні довжин хвиль від 700 нанометрів (нм) до 400 нм. Називається фотосинтетично активною смугою випромінювання, зелений сидить посередині спектра видимого світла, що відокремлює нижчу енергію, але довша хвиля червоних, жовтизни та апельсини від високої енергії, коротша довжина хвилі, блюз, індиго і фіалка.
Як хлорофіли поглинають одиничний фотон або виразний Пакет світлової енергії, це викликає збудження цих молекул. Після того, як молекула рослини збуджується, решта етапів процесу включають потрапляння збудженої молекули в систему транспорту енергії через носій енергії, який називається нікотинамід-аденінудинуклеотидфосфатом або НАДФ, для доставки на другу стадію фотосинтезу, фазу Темної реакції або цикл Кальвіна.
Після вступу в електронний транспортний ланцюг, процес витягує іони водню з води, що надходить у воду, і доставляє її у внутрішню частину тилакоїда, де ці іони водню накопичуються. Іони проходять через напівпористу мембрану зі стромальної сторони до просвіту тилакоїдів, втрачаючи частину енергії в процесі руху, просуваючись через білки, що існують між двома фотосистемами. Іони водню збираються в просвіті тилакоїдів, де вони чекають повторної енергетики, перш ніж брати участь у процесі, який робить аденозинтрифосфатом або АТФ енергетичною валютою клітини.
Антенні білки у фотосистемі 1 поглинають інший фотон, передаючи його реакційному центру PS1 під назвою P700. Окислений центр, P700 виділяє високоенергетичний електрон на нікотин-амід-аденін-динуклеотид фосфат або НАДФ + і зменшує його до утворення НАДФГ та АТФ. Саме тут рослинна клітина перетворює світлову енергію в хімічну енергію.
Хлоропласт координує дві стадії фотосинтезу, щоб використовувати енергію світла для отримання цукру. Тилакоїди всередині хлоропласта являють собою ділянки світлових реакцій, тоді як цикл Кальвіна відбувається в стромі.
Фотосинтез та клітинна респірація
Клітинне дихання, пов'язане з процесом фотосинтезу, відбувається всередині рослинної клітини, оскільки воно приймає світлову енергію, змінює її на хімічну енергію і виділяє кисень назад в атмосферу. Дихання відбувається в клітині рослини, коли цукри, що утворюються під час фотосинтетичного процесу, поєднуються з киснем для отримання енергії для клітини, утворюючи вуглекислий газ і воду як побічні продукти дихання. Просте рівняння для дихання протилежне фотосинтезу: глюкоза + кисень = енергія + вуглекислий газ + світлова енергія.
Клітинне дихання відбувається у всіх живих клітинах рослин не тільки в листках, але і в коренях рослини або дерева. Оскільки клітинне дихання не потребує світлової енергії, воно може відбуватися або вдень, і вночі. Але перенасичення рослин у ґрунтах із поганим дренажем спричиняє проблему клітинного дихання, оскільки затоплені рослини не можуть брати достатню кількість кисню через коріння та перетворювати глюкозу для підтримки клітинних обмінних процесів. Якщо рослина занадто довго отримує занадто багато води, його коріння можуть бути позбавлені кисню, що може по суті зупинити клітинне дихання і вбити рослину.
Реакція глобального потепління та фотосинтезу
Університет Каліфорнії Мерсед професор Елліотт Кемпбелл та його команда дослідників відзначили у статті про міжнародний науковий журнал «Природа» у квітні 2017 року, що процес фотосинтезу різко збільшився протягом 20 століття. Дослідницька група виявила глобальний рекорд про фотосинтетичний процес, що розгортається двісті років.
Це змусило їх зробити висновок, що загальна кількість фотосинтезу рослин на планеті зросла на 30 відсотків протягом років, які вони досліджували. Хоча в дослідженні конкретно не було встановлено причину порушення в процесі фотосинтезу в усьому світі, комп'ютерні моделі команд пропонують декілька процесів у поєднанні, що може призвести до такого значного збільшення глобального зростання рослин.
Моделі показали, що головними причинами посиленого фотосинтезу є збільшення викидів вуглекислого газу в атмосферу (в першу чергу через людську діяльність), більш тривалі сезони росту через глобальне потепління через ці викиди та посилення азотного забруднення, спричинене масовим землеробством та спалюванням викопного палива. Діяльність людини, яка призвела до цих результатів, має як позитивний, так і негативний вплив на планету.
Професор Кемпбел зауважив, що, хоча підвищені викиди вуглекислого газу стимулюють вирощування врожаю, він також стимулює ріст небажаних бур’янів та інвазивних видів. Він зазначив, що підвищені викиди вуглекислого газу безпосередньо спричиняють зміни клімату, що призводять до більшої затоплення уздовж прибережних районів, екстремальних погодних умов та збільшення рівня підкислення океану, і все це має загальнозміцнюючу дію в усьому світі.
Хоча фотосинтез зростав протягом 20 століття, він також змусив рослини зберігати більше вуглецю в екосистемах по всьому світу, внаслідок чого вони стають джерелами вуглецю замість раковини вуглецю. Навіть із збільшенням фотосинтезу збільшення не може компенсувати спалювання викопного палива, оскільки більше викидів вуглекислого газу від спалювання викопного палива, як правило, перевершує здатність рослин засвоювати CO2.
Дослідники проаналізували дані про сніг на Антарктиці, зібрані Національним управлінням океаніки та атмосфери, щоб розробити свої висновки. Вивчаючи газ, що зберігається у зразках льоду, дослідники переглянули глобальні атмосфери минулого.