Encyclopædia Britannica, Inc. Vedeți toate videoclipurile pentru acest articol
Fotosinteza, procesul prin care plantele verzi și anumite alte organisme transformă energia luminii în energie chimică. În timpul fotosintezei în plantele verzi, energia luminii este capturată și utilizată pentru a transforma apa, dioxidul de carbon și mineralele în oxigen și în compuși organici bogați în energie.
Encyclopædia Britannica, Inc.
De ce este importantă fotosinteza?
Fotosinteza este esențială pentru existența marii majorități a vieții pe Pământ. Este modul în care practic toată energia din biosferă devine disponibilă ființelor vii. Ca producători primari, organismele fotosintetice formează baza rețelelor alimentare ale Pământului și sunt consumate direct sau indirect de toate formele de viață superioare. În plus, aproape tot oxigenul din atmosferă se datorează procesului de fotosinteză. Dacă fotosinteza ar înceta, în curând ar fi puțină hrană sau altă materie organică pe Pământ, majoritatea organismelor ar dispărea, iar atmosfera Pământului ar deveni în cele din urmă aproape lipsită de oxigen gazos.
Care este formula de bază pentru fotosinteză?
Procesul fotosintezei este scris în mod obișnuit ca: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Aceasta înseamnă că reactanții, șase molecule de dioxid de carbon și șase molecule de apă, sunt transformați de energia luminii captată de clorofilă (implicită de săgeată) într-o moleculă de zahăr și șase molecule de oxigen, produsele. Zaharul este folosit de organism, iar oxigenul este eliberat ca subprodus.
Ce organisme pot fotosinteza?
Capacitatea de fotosinteză se găsește atât în organismele eucariote, cât și în cele procariote. Cele mai cunoscute exemple sunt plantele, întrucât toate, cu excepția câtorva specii parazitare sau micheterotrofe, conțin clorofilă și își produc propria hrană. Algele sunt celălalt grup dominant de organisme fotosintetice eucariote. Toate algele, care includ kelps-uri masive și diatomee microscopice, sunt producători primari importanți. Cianobacteriile și anumite bacterii de sulf sunt procariote fotosintetice, la care a evoluat fotosinteza. Se crede că niciun animal nu este capabil în mod independent de fotosinteză, deși limacul de mare verde smarald poate încorpora temporar cloroplaste de alge în corpul său pentru producerea de alimente.
Ar fi imposibil să supraestimăm importanța fotosintezei în menținerea vieții pe Pământ. Dacă fotosinteza ar înceta, în curând ar fi puțină hrană sau altă materie organică pe Pământ. Majoritatea organismelor ar dispărea, iar în timp atmosfera Pământului ar deveni aproape lipsită de oxigen gazos. Singurele organisme care pot exista în astfel de condiții ar fi bacteriile chemosintetice, care pot utiliza energia chimică a anumitor compuși anorganici și, prin urmare, nu sunt dependente de conversia energiei luminoase.
Energia produsă prin fotosinteza efectuată de către plante cu milioane de ani în urmă este responsabil pentru combustibilii fosili (de exemplu, cărbune, petrol și gaze) care alimentează societatea industrială. În epocile trecute, plantele verzi și organismele mici care se hrăneau cu plante au crescut mai repede decât au fost consumate, iar rămășițele lor au fost depuse în scoarța Pământului prin sedimentare și alte procese geologice. Acolo, protejate de oxidare, aceste rămășițe organice au fost transformate încet în combustibili fosili. Acești combustibili furnizează nu numai o mare parte din energia utilizată în fabrici, case și transport, dar servesc și ca materie primă pentru materiale plastice și alte produse sintetice. Din păcate, civilizația modernă folosește în câteva secole excesul de producție fotosintetică acumulat de-a lungul a milioane de ani. În consecință, dioxidul de carbon care a fost îndepărtat din aer pentru a produce carbohidrați în fotosinteză de-a lungul a milioane de ani este returnat cu o viteză incredibil de rapidă.Concentrația de dioxid de carbon din atmosfera Pământului crește cel mai repede pe care a avut-o vreodată în istoria Pământului și se preconizează că acest fenomen va avea implicații majore asupra climei Pământului.
Cerințe pentru hrană, materiale și energie într-o lume în care populația umană este în creștere rapidă au creat nevoia de a crește atât cantitatea de fotosinteză, cât și eficiența conversiei producției fotosintetice în produse utile oamenilor. Un răspuns la aceste nevoi – așa-numita Revoluție Verde, începută la mijlocul secolului al XX-lea – a realizat îmbunătățiri enorme în randamentul agricol prin utilizarea îngrășămintelor chimice, controlul dăunătorilor și bolilor plantelor, creșterea plantelor și prelucrarea mecanică, recoltarea, și prelucrarea culturilor. Acest efort a limitat foametea severă la câteva zone ale lumii, în ciuda creșterii rapide a populației, dar nu a eliminat malnutriția pe scară largă. Mai mult, începând cu începutul anilor 1990, ritmul cu care au crescut randamentele culturilor majore a început să scadă. Acest lucru a fost valabil mai ales pentru orezul din Asia. Creșterea costurilor asociate cu susținerea unor rate ridicate de producție agricolă, care a necesitat aporturi din ce în ce mai mari de îngrășăminte și pesticide și dezvoltarea constantă a noilor soiuri de plante, a devenit, de asemenea, problematică pentru fermierii din multe țări.
S-a prognozat o a doua revoluție agricolă, bazată pe ingineria genetică a plantelor, care va duce la creșteri ale productivității plantelor și, astfel, la atenuarea parțială a malnutriției. Din anii 1970, biologii moleculari au posedat mijloacele de a modifica materialul genetic al unei plante (acidul dezoxiribonucleic sau ADN) cu scopul de a obține îmbunătățiri ale rezistenței la boli și secetă, randament și calitate a produsului, rezistența la îngheț și alte proprietăți dorite. Cu toate acestea, astfel de trăsături sunt inerent complexe, iar procesul de a face modificări plantelor de cultură prin inginerie genetică s-a dovedit a fi mai complicat decât se anticipase. În viitor, o astfel de inginerie genetică poate duce la îmbunătățiri ale procesului de fotosinteză, dar până în primele decenii ale secolului XXI, nu trebuia încă să demonstreze că ar putea crește dramatic randamentele culturilor.
Un alt domeniu interesant în studiul fotosintezei a fost descoperirea faptului că anumite animale sunt capabile să transforme energia luminii în energie chimică. Slugul de mare verde smarald (Elysia chlorotica), de exemplu, dobândește gene și cloroplaste de la Vaucheria litorea, o algă pe care o consumă, oferindu-i o capacitate limitată de a produce clorofilă. Când se asimilează destui cloroplaste, limacul poate renunța la ingestia de alimente. Afidul de mazăre (Acyrthosiphon pisum) poate valorifica lumina pentru a produce compusul adenozin trifosfat bogat în energie (ATP); această capacitate a fost legată de fabricarea de către afide a pigmenților carotenoizi.