光合成

光合成、緑の植物や他の特定の生物が光エネルギーを化学エネルギーに変換するプロセス。緑の植物の光合成中に、光エネルギーが捕獲され、水、二酸化炭素、ミネラルを酸素とエネルギーに富んだ有機化合物に変換するために使用されます。

地球上の生命の維持における光合成の重要性を過大評価することは不可能です。光合成が止まれば、地球上にはすぐに食べ物やその他の有機物がほとんどなくなるでしょう。ほとんどの生物は姿を消し、やがて地球の大気はガス状の酸素をほとんど欠くようになります。このような条件下で存在できる唯一の生物は、特定の無機化合物の化学エネルギーを利用できるため、光エネルギーの変換に依存しない化学合成細菌です。

実行される光合成によって生成されるエネルギー何百万年も前の植物によって、産業社会に電力を供給する化石燃料（すなわち、石炭、石油、ガス）に責任があります。過去の時代には、緑の植物や植物を食べた小さな生物は、消費されるよりも速く増加し、それらの残骸は、堆積やその他の地質学的プロセスによって地殻に堆積しました。そこで、酸化から保護されて、これらの有機物の残骸はゆっくりと化石燃料に変換されました。これらの燃料は、工場、家庭、輸送で使用されるエネルギーの多くを提供するだけでなく、プラスチックやその他の合成製品の原料としても機能します。残念ながら、現代文明は数世紀で数百万年にわたって蓄積された過剰な光合成生産を使い果たしています。その結果、何百万年にもわたって光合成で炭水化物を作るために空気から除去された二酸化炭素は、信じられないほど速い速度で戻されています。地球の大気中の二酸化炭素濃度は、地球の歴史の中でかつてないほど急速に上昇しており、この現象は地球の気候に大きな影響を与えると予想されます。

世界の食料、材料、エネルギーの要件人間の人口は急速に増加しており、光合成の量と、光合成出力を人々に役立つ製品に変換する効率の両方を向上させる必要が生じています。これらのニーズへの1つの対応、いわゆる緑の革命は20世紀半ばに始まり、化学肥料の使用、害虫と植物の病気の防除、植物の育種、機械化された耕作、収穫、と作物の処理。この努力は、急速な人口増加にもかかわらず、深刻な飢饉を世界のいくつかの地域に限定しましたが、広範囲にわたる栄養失調を排除することはできませんでした。さらに、1990年代初頭から、主要作物の収穫量の増加率は低下し始めた。これは特にアジアのコメに当てはまりました。肥料や農薬の投入量の増加と新しい植物品種の絶え間ない開発を必要とする高率の農業生産の維持に関連するコストの上昇も、多くの国の農家にとって問題になりました。

植物の遺伝子工学に基づく2番目の農業革命は、植物の生産性の向上につながり、それによって栄養失調を部分的に軽減すると予測されていました。 1970年代以来、分子生物学者は、病気や干ばつに対する耐性、製品の収量と品質、耐凍性、その他の望ましい特性の改善を達成することを目的として、植物の遺伝物質（デオキシリボ核酸、またはDNA）を変更する手段を持ってきました。しかし、そのような形質は本質的に複雑であり、遺伝子工学によって作物に変更を加えるプロセスは、予想よりも複雑であることが判明しています。将来、そのような遺伝子工学は光合成のプロセスの改善をもたらすかもしれませんが、21世紀の最初の数十年までに、それが作物収量を劇的に増加させることができることをまだ実証していませんでした。

の別の興味深い分野光合成の研究は、特定の動物が光エネルギーを化学エネルギーに変換できるという発見でした。たとえば、エメラルドグリーンのウミウシ（Elysia chlorotica）は、消費する藻類であるVaucheria litoreaから遺伝子と葉緑体を獲得するため、クロロフィルを生成する能力が制限されます。十分な葉緑体が吸収されると、ナメクジは食物の摂取を忘れることがあります。エンドウヒゲナガアブラムシ（Acyrthosiphon pisum）は、光を利用してエネルギーに富む化合物であるアデノシン三リン酸（ATP）を製造できます。この能力は、アブラムシによるカロテノイド色素の製造に関連しています。