Encyclopædia Britannica, Inc. Se alle videoer til denne artikel
Fotosyntese, den proces, hvorved grønne planter og visse andre organismer omdanner lysenergi til kemisk energi. Under fotosyntese i grønne planter fanges lysenergi og bruges til at omdanne vand, kuldioxid og mineraler til ilt og energirige organiske forbindelser.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Hvorfor er fotosyntese vigtig?
Fotosyntese er afgørende for eksistensen af langt størstedelen af livet på Jorden. Det er den måde, hvorpå næsten al energi i biosfæren bliver tilgængelig for levende ting. Som primære producenter udgør fotosyntetiske organismer basen på Jordens fødevarer og forbruges direkte eller indirekte af alle højere livsformer. Derudover skyldes næsten alt iltet i atmosfæren processen med fotosyntese. Hvis fotosyntese ophørte, ville der snart være lidt mad eller andet organisk stof på Jorden, de fleste organismer ville forsvinde, og Jordens atmosfære ville til sidst blive næsten blottet for luftformigt ilt.
Hvad er den grundlæggende formel for fotosyntese?
Processen med fotosyntese skrives ofte som: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Dette betyder, at reaktanterne, seks kuldioxidmolekyler og seks vandmolekyler, omdannes af lysenergi fanget af klorofyl (underforstået af pilen) til et sukkermolekyle og seks iltmolekyler, produkterne. Sukkeret bruges af organismen, og iltet frigives som et biprodukt.
Hvilke organismer kan fotosyntetisere?
Evnen til fotosyntese findes i både eukaryote og prokaryote organismer. De mest kendte eksempler er planter, da alle undtagen meget få parasitiske eller mycoheterotrofe arter indeholder klorofyl og producerer deres egen mad. Alger er den anden dominerende gruppe af eukaryote fotosyntetiske organismer. Alle alger, der inkluderer massive tang og mikroskopiske kiselalger, er vigtige primære producenter. Cyanobakterier og visse svovlbakterier er fotosyntetiske prokaryoter, i hvilke fotosyntese udviklede sig. Ingen dyr menes at være uafhængigt i stand til fotosyntese, selvom den smaragdgrønne havsnegle midlertidigt kan inkorporere algerchloroplaster i kroppen til fødevareproduktion.
Det ville være umuligt at overvurdere vigtigheden af fotosyntese i opretholdelsen af livet på jorden. Hvis fotosyntese ophørte, ville der snart være lidt mad eller andet organisk stof på Jorden. De fleste organismer ville forsvinde, og med tiden ville Jordens atmosfære næsten blottet for luftformigt ilt. De eneste organismer, der er i stand til at eksistere under sådanne forhold, ville være de kemosyntetiske bakterier, som kan udnytte den kemiske energi af visse uorganiske forbindelser og derfor ikke er afhængige af omdannelsen af lysenergi.
Energi produceret ved fotosyntese udført af planter for millioner af år siden er ansvarlig for de fossile brændstoffer (dvs. kul, olie og gas), der driver det industrielle samfund. I tidligere tider steg grønne planter og små organismer, der fodrede planter, hurtigere, end de blev forbrugt, og deres rester blev deponeret i jordskorpen ved sedimentering og andre geologiske processer. Der, beskyttet mod oxidation, blev disse organiske rester langsomt omdannet til fossile brændstoffer. Disse brændstoffer leverer ikke kun meget af den energi, der bruges i fabrikker, hjem og transport, men tjener også som råmateriale til plast og andre syntetiske produkter. Desværre bruger den moderne civilisation i løbet af få århundreder det overskydende fotosyntetiske produktion, der er akkumuleret gennem millioner af år. Derfor returneres det kuldioxid, der er fjernet fra luften for at fremstille kulhydrater i fotosyntese over millioner af år, i en utrolig hurtig hastighed.Kuldioxidkoncentrationen i Jordens atmosfære stiger den hurtigste, den nogensinde har haft i Jordens historie, og dette fænomen forventes at få store konsekvenser for Jordens klima.
Krav til mad, materialer og energi i en verden, hvor menneskelig befolkning vokser hurtigt har skabt et behov for at øge både mængden af fotosyntese og effektiviteten ved at konvertere fotosyntetisk output til produkter, der er nyttige for mennesker. Et svar på disse behov – den såkaldte grønne revolution, begyndt i midten af det 20. århundrede – opnåede enorme forbedringer i landbrugsudbyttet gennem brug af kemisk gødning, skadedyrsbekæmpelse og plantesygdomsbekæmpelse, planteopdræt og mekaniseret dyrkning, høst, og forarbejdning af afgrøder. Denne indsats begrænsede alvorlige hungersnød til nogle få områder i verden på trods af hurtig befolkningsvækst, men det fjernede ikke udbredt underernæring. Desuden begyndte begyndelsen i begyndelsen af 1990erne, hvor hurtigt udbyttet af større afgrøder steg. Dette gælder især for ris i Asien. Stigende omkostninger forbundet med opretholdelse af høje landbrugsproduktioner, som krævede stadigt stigende input af gødning og pesticider og konstant udvikling af nye plantesorter, blev også problematisk for landmænd i mange lande.
En anden landbrugsrevolution baseret på plantegenetik blev forventet at føre til stigninger i planteproduktivitet og derved delvis lindre underernæring. Siden 1970erne har molekylærbiologer haft midlerne til at ændre en plantes genetiske materiale (deoxyribonukleinsyre eller DNA) med det formål at opnå forbedringer i sygdoms- og tørkebestandighed, produktudbytte og kvalitet, frosthårdhed og andre ønskelige egenskaber. Sådanne træk er imidlertid iboende komplekse, og processen med at foretage ændringer i afgrødeplanter gennem genteknologi har vist sig at være mere kompliceret end forventet. I fremtiden kan sådan genteknologi resultere i forbedringer i processen med fotosyntese, men i de første årtier i det 21. århundrede måtte den endnu ikke demonstrere, at den dramatisk kunne øge afgrødeudbyttet.
Et andet spændende område i undersøgelsen af fotosyntese har været opdagelsen af, at visse dyr er i stand til at omdanne lysenergi til kemisk energi. Den smaragdgrønne havsnegl (Elysia chlorotica) erhverver for eksempel gener og kloroplaster fra Vaucheria litorea, en alge, den bruger, hvilket giver den en begrænset evne til at producere klorofyl. Når nok kloroplaster assimileres, kan sneglen give afkald på indtagelse af mad. Ærtlusen (Acyrthosiphon pisum) kan udnytte lys til fremstilling af den energirige forbindelse adenosintriphosphat (ATP); denne evne er knyttet til bladlusfremstilling af carotenoidpigmenter.