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Fotosintesi, il processo mediante il quale le piante verdi e alcuni altri organismi trasformano lenergia luminosa in energia chimica. Durante la fotosintesi nelle piante verdi, lenergia luminosa viene catturata e utilizzata per convertire lacqua, lanidride carbonica e i minerali in ossigeno e composti organici ricchi di energia.
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Perché la fotosintesi è importante?
La fotosintesi è fondamentale per lesistenza della stragrande maggioranza della vita sulla Terra. È il modo in cui virtualmente tutta lenergia della biosfera diventa disponibile per gli esseri viventi. In qualità di produttori primari, gli organismi fotosintetici costituiscono la base delle reti alimentari della Terra e vengono consumati direttamente o indirettamente da tutte le forme di vita superiori. Inoltre, quasi tutto lossigeno nellatmosfera è dovuto al processo di fotosintesi. Se la fotosintesi cessasse, presto ci sarebbe poco cibo o altra materia organica sulla Terra, la maggior parte degli organismi scomparirebbe e latmosfera terrestre alla fine diventerebbe quasi priva di ossigeno gassoso.
Qual è la formula di base per la fotosintesi?
Il processo di fotosintesi è comunemente scritto come: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Ciò significa che i reagenti, sei molecole di anidride carbonica e sei molecole di acqua, vengono convertiti dallenergia luminosa catturata dalla clorofilla (implicita dalla freccia) in una molecola di zucchero e sei molecole di ossigeno, i prodotti. Lo zucchero viene utilizzato dallorganismo e lossigeno viene rilasciato come sottoprodotto.
Quali organismi possono fotosintetizzare?
La capacità di fotosintesi si riscontra sia negli organismi eucarioti che in quelli procarioti. Gli esempi più noti sono le piante, poiché tutte le specie parassitarie o micoeterotrofiche tranne pochissime contengono clorofilla e producono il proprio cibo. Le alghe sono laltro gruppo dominante di organismi fotosintetici eucarioti. Tutte le alghe, che includono enormi alghe e diatomee microscopiche, sono importanti produttori primari. I cianobatteri e alcuni batteri dello zolfo sono procarioti fotosintetici, nei quali si è evoluta la fotosintesi. Si pensa che nessun animale sia in grado di fotosintesi indipendentemente, sebbene la lumaca di mare verde smeraldo possa temporaneamente incorporare cloroplasti di alghe nel suo corpo per la produzione di cibo.
Sarebbe impossibile sopravvalutare limportanza della fotosintesi per il mantenimento della vita sulla Terra. Se la fotosintesi cessasse, presto ci sarebbe poco cibo o altra materia organica sulla Terra. La maggior parte degli organismi scomparirebbe e nel tempo latmosfera terrestre diventerebbe quasi priva di ossigeno gassoso. Gli unici organismi in grado di esistere in tali condizioni sarebbero i batteri chemiosintetici, che possono utilizzare lenergia chimica di alcuni composti inorganici e quindi non sono dipendenti dalla conversione dellenergia luminosa.
Energia prodotta dalla fotosintesi effettuata dalle piante milioni di anni fa è responsabile dei combustibili fossili (cioè carbone, petrolio e gas) che alimentano la società industriale. In epoche passate, le piante verdi e i piccoli organismi che si nutrivano di piante aumentavano più velocemente di quanto venivano consumati e i loro resti venivano depositati nella crosta terrestre per sedimentazione e altri processi geologici. Lì, protetti dallossidazione, questi resti organici furono lentamente convertiti in combustibili fossili. Questi combustibili non solo forniscono gran parte dellenergia utilizzata nelle fabbriche, nelle case e nei trasporti, ma servono anche come materia prima per la plastica e altri prodotti sintetici. Sfortunatamente, la civiltà moderna sta esaurendo in pochi secoli leccesso di produzione fotosintetica accumulata in milioni di anni. Di conseguenza, lanidride carbonica che è stata rimossa dallaria per produrre carboidrati nella fotosintesi nel corso di milioni di anni viene restituita a una velocità incredibilmente rapida.La concentrazione di anidride carbonica nellatmosfera terrestre sta aumentando più rapidamente che abbia mai avuto nella storia della Terra e si prevede che questo fenomeno avrà importanti implicazioni sul clima terrestre.
Requisiti per cibo, materiali ed energia in un mondo in cui La popolazione umana in rapida crescita ha creato la necessità di aumentare sia la quantità di fotosintesi che lefficienza di convertire loutput fotosintetico in prodotti utili alle persone. Una risposta a queste esigenze – la cosiddetta Rivoluzione Verde, iniziata a metà del XX secolo – ha ottenuto enormi miglioramenti nella resa agricola attraverso luso di fertilizzanti chimici, il controllo dei parassiti e delle malattie delle piante, la selezione delle piante e la lavorazione meccanica, la raccolta, e la lavorazione del raccolto. Questo sforzo ha limitato gravi carestie ad alcune aree del mondo nonostante la rapida crescita della popolazione, ma non ha eliminato la malnutrizione diffusa. Inoltre, a partire dai primi anni 90, il tasso di aumento delle rese dei principali raccolti ha cominciato a diminuire. Ciò era particolarmente vero per il riso in Asia. Laumento dei costi associato al mantenimento di alti tassi di produzione agricola, che richiedeva input sempre maggiori di fertilizzanti e pesticidi e lo sviluppo costante di nuove varietà vegetali, è diventato anche un problema per gli agricoltori in molti paesi.
Si prevedeva che una seconda rivoluzione agricola, basata sullingegneria genetica delle piante, avrebbe portato ad un aumento della produttività delle piante e quindi ad alleviare parzialmente la malnutrizione. Dagli anni 70, i biologi molecolari possiedono i mezzi per alterare il materiale genetico di una pianta (acido desossiribonucleico o DNA) con lobiettivo di ottenere miglioramenti nella resistenza alle malattie e alla siccità, resa e qualità del prodotto, resistenza al gelo e altre proprietà desiderabili. Tuttavia, tali tratti sono intrinsecamente complessi e il processo di apportare modifiche alle piante coltivate attraverso lingegneria genetica si è rivelato più complicato del previsto. In futuro tale ingegneria genetica potrebbe portare a miglioramenti nel processo di fotosintesi, ma entro i primi decenni del 21 ° secolo, doveva ancora dimostrare che avrebbe potuto aumentare notevolmente i raccolti.
Unaltra area intrigante in lo studio della fotosintesi è stata la scoperta che alcuni animali sono in grado di convertire lenergia luminosa in energia chimica. La lumaca di mare verde smeraldo (Elysia chlorotica), ad esempio, acquisisce geni e cloroplasti dalla Vaucheria litorea, unalga che consuma, conferendole una limitata capacità di produrre clorofilla. Quando vengono assimilati abbastanza cloroplasti, la lumaca può rinunciare allingestione di cibo. Lafide del pisello (Acyrthosiphon pisum) può sfruttare la luce per produrre il composto ricco di energia adenosina trifosfato (ATP); questa capacità è stata collegata alla produzione di pigmenti carotenoidi da parte dellafide.