Encyclopædia Britannica, Inc. Zobrazit všechna videa k tomuto článku
Fotosyntéza, proces, při kterém zelené rostliny a některé další organismy transformují světelnou energii na energii chemickou. Během fotosyntézy v zelených rostlinách je světelná energie zachycena a použita k přeměně vody, oxidu uhličitého a minerálů na kyslík a organické sloučeniny bohaté na energii.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Proč je fotosyntéza důležitá?
Fotosyntéza je zásadní pro existenci velké většiny života na Zemi. Je to způsob, jakým se prakticky veškerá energie v biosféře stává dostupnou pro živé bytosti. Jako primární producenti tvoří fotosyntetické organismy základ potravinových sítí Země a jsou konzumovány přímo nebo nepřímo všemi vyššími formami života. Navíc téměř veškerý kyslík v atmosféře je způsoben procesem fotosyntézy. Pokud by fotosyntéza skončila, brzy by na Zemi bylo málo jídla nebo jiné organické hmoty, většina organismů by zmizela a zemská atmosféra by nakonec byla téměř bez plynného kyslíku.
Jaký je základní vzorec pro fotosyntézu?
Proces fotosyntézy se běžně píše jako: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. To znamená, že reaktanty, šest molekul oxidu uhličitého a šest molekul vody, se přeměňují světelnou energií zachycenou chlorofylem (naznačeno šipkou) na molekulu cukru a šest molekul kyslíku, produktů. Cukr je používán tělem a kyslík se uvolňuje jako vedlejší produkt.
Které organismy mohou fotosyntetizovat?
Schopnost fotosyntézy se vyskytuje u eukaryotických i prokaryotických organismů. Nejznámějšími příklady jsou rostliny, protože až na několik málo parazitických nebo mykoheterotrofních druhů obsahují chlorofyl a produkují si vlastní potravu. Řasy jsou další dominantní skupinou eukaryotických fotosyntetických organismů. Všechny řasy, které zahrnují masivní řasy a mikroskopické rozsivky, jsou důležitými primárními producenty. Sinice a některé bakterie síry jsou fotosyntetické prokaryoty, u nichž se vyvinula fotosyntéza. Žádná zvířata nejsou považována za samostatně schopná fotosyntézy, ačkoli smaragdově zelený mořský slimák může dočasně začlenit chloroplasty řas do svého těla pro výrobu potravin.
Bylo by nemožné přeceňovat význam fotosyntézy pro udržení života na Zemi. Pokud by fotosyntéza ustala, bylo by na Zemi brzy málo jídla nebo jiné organické hmoty. Většina organismů by zmizela a časem by zemská atmosféra byla téměř bez plynného kyslíku. Jedinými organismy, které by za takových podmínek mohly existovat, by byly chemosyntetické bakterie, které mohou využívat chemickou energii určitých anorganických sloučenin, a nejsou tedy závislé na přeměně světelné energie.
Energie vyrobená fotosyntézou rostlinami před miliony let je zodpovědný za fosilní paliva (tj. uhlí, ropu a plyn), která pohánějí průmyslovou společnost. V minulých věcích rostly zelené rostliny a malé organismy, které se živily rostlinami, rychleji, než byly spotřebovány, a jejich pozůstatky byly usazeny v zemské kůře sedimentací a dalšími geologickými procesy. Tam, chráněné před oxidací, byly tyto organické zbytky pomalu přeměňovány na fosilní paliva. Tato paliva nejen poskytují velkou část energie používané v továrnách, domácnostech a dopravě, ale slouží také jako surovina pro plasty a jiné syntetické výrobky. Bohužel moderní civilizace za pár století vyčerpává přebytek fotosyntetické produkce nahromaděný po miliony let. V důsledku toho se oxid uhličitý, který byl odstraněn ze vzduchu za účelem výroby sacharidů ve fotosyntéze po miliony let, vrací neuvěřitelně rychlou rychlostí.Koncentrace oxidu uhličitého v zemské atmosféře roste nejrychleji, jaké kdy v historii Země měla, a očekává se, že tento jev bude mít zásadní důsledky pro zemské klima.
Požadavky na potraviny, materiály a energii ve světě, kde lidská populace rychle roste, vyvolaly potřebu zvýšit jak množství fotosyntézy, tak účinnost přeměny fotosyntetického výstupu na produkty užitečné pro lidi. Jedna reakce na tyto potřeby – takzvaná Zelená revoluce, započatá v polovině 20. století – dosáhla enormního zlepšení zemědělského výnosu pomocí chemických hnojiv, kontroly škůdců a chorob rostlin, šlechtění rostlin a mechanizovaného zpracování, sklizně, a zpracování plodin. Toto úsilí omezilo těžké hladomory na několik oblastí světa navzdory rychlému populačnímu růstu, ale neodstranilo rozsáhlou podvýživu. Navíc počátkem 90. let 20. století začala klesat míra zvyšování výnosů hlavních plodin. To platilo zejména pro rýži v Asii. Rostoucí náklady spojené s udržováním vysoké míry zemědělské produkce, které vyžadovaly stále rostoucí vstupy hnojiv a pesticidů a neustálý vývoj nových odrůd rostlin, se také staly pro zemědělce v mnoha zemích problematické.
Předpokládalo se, že druhá zemědělská revoluce založená na genetickém inženýrství rostlin povede ke zvýšení produktivity rostlin a tím částečně zmírní podvýživu. Od sedmdesátých let vlastnili molekulární biologové prostředky ke změně genetického materiálu rostliny (deoxyribonukleové kyseliny nebo DNA) s cílem dosáhnout zlepšení odolnosti vůči chorobám a suchu, výtěžku a kvality produktu, mrazuvzdornosti a dalších požadovaných vlastností. Tyto vlastnosti jsou však ze své podstaty složité a proces provádění změn v plodinách pomocí genetického inženýrství se ukázal být komplikovanějším, než se očekávalo. V budoucnu může takové genetické inženýrství vyústit ve zlepšení procesu fotosyntézy, ale v prvních desetiletích 21. století ještě nebylo nutné prokázat, že by mohlo dramaticky zvýšit výnosy plodin.
Další zajímavá oblast v studium fotosyntézy bylo objevem, že určitá zvířata jsou schopna přeměňovat světelnou energii na energii chemickou. Například smaragdově zelený mořský slimák (Elysia chlorotica) získává geny a chloroplasty z Vaucheria litorea, řasy, kterou konzumuje, což jí dává omezenou schopnost produkovat chlorofyl. Když se asimiluje dostatek chloroplastů, může se slimák vzdát požití potravy. Mšice hrachu (Acyrthosiphon pisum) může využít světlo k výrobě energeticky bohaté sloučeniny adenosintrifosfátu (ATP); tato schopnost byla spojena s výrobou karotenoidových pigmentů mšicemi.