Encyclopædia Britannica, Inc. Se alla videor för den här artikeln
Fotosyntes, processen genom vilken gröna växter och vissa andra organismer omvandlar ljusenergi till kemisk energi. Under fotosyntes i gröna växter fångas ljusenergi och används för att omvandla vatten, koldioxid och mineraler till syre och energirika organiska föreningar.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Varför är fotosyntes viktigt?
Fotosyntes är avgörande för den stora majoriteten av livet på jorden. Det är det sätt på vilket praktiskt taget all energi i biosfären blir tillgänglig för levande saker. Som primära producenter utgör fotosyntetiska organismer basen för jordens livsmedel och konsumeras direkt eller indirekt av alla högre livsformer. Dessutom beror nästan allt syre i atmosfären på fotosyntesprocessen. Om fotosyntesen upphör skulle det snart finnas lite mat eller annat organiskt material på jorden, de flesta organismer skulle försvinna och jordens atmosfär skulle så småningom bli nästan saknad av gasformigt syre.
Vad är grundformeln för fotosyntes?
Processen för fotosyntes skrivs ofta som: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Detta innebär att reaktanterna, sex koldioxidmolekyler och sex vattenmolekyler, omvandlas av ljusenergi som fångas upp av klorofyll (antyds av pilen) till en sockermolekyl och sex syremolekyler, produkterna. Sockret används av organismen och syret frigörs som en biprodukt.
Vilka organismer kan fotosyntetisera?
Förmågan att fotosyntetisera finns i både eukaryota och prokaryota organismer. De mest kända exemplen är växter, eftersom alla utom mycket få parasitiska eller mycoheterotrofa arter innehåller klorofyll och producerar sin egen mat. Alger är den andra dominerande gruppen av eukaryota fotosyntetiska organismer. Alla alger, som inkluderar massiva kelpar och mikroskopiska kiselalger, är viktiga primärproducenter. Cyanobakterier och vissa svavelbakterier är fotosyntetiska prokaryoter, i vilka fotosyntes utvecklats. Inga djur anses vara oberoende kapabla till fotosyntes, även om den smaragdgröna havssnigeln tillfälligt kan införliva algerkloroplaster i kroppen för livsmedelsproduktion.
Det skulle vara omöjligt att överskatta vikten av fotosyntes för att upprätthålla livet på jorden. Om fotosyntesen upphör skulle det snart finnas lite mat eller annat organiskt material på jorden. De flesta organismer skulle försvinna och med tiden skulle jordens atmosfär nästan sakna gasformigt syre. De enda organismer som kan existera under sådana förhållanden är kemosyntetiska bakterier, som kan använda den kemiska energin hos vissa oorganiska föreningar och därmed inte är beroende av omvandlingen av ljusenergi.
Energi som produceras genom fotosyntes som utförs av anläggningar för miljontals år sedan är ansvarig för de fossila bränslen (dvs. kol, olja och gas) som driver industrisamhället. Under tidigare åldrar ökade gröna växter och små organismer som matade på växter snabbare än de konsumerades, och deras rester deponerades i jordskorpan genom sedimentering och andra geologiska processer. Där, skyddade från oxidation, omvandlades dessa organiska rester långsamt till fossila bränslen. Dessa bränslen tillhandahåller inte bara mycket av den energi som används i fabriker, hem och transporter utan tjänar också som råmaterial för plast och andra syntetiska produkter. Tyvärr använder den moderna civilisationen på några århundraden det överskott av fotosyntetisk produktion som samlats under miljontals år. Följaktligen returneras den koldioxid som har tagits ut ur luften för att göra kolhydrater i fotosyntes under miljontals år i en otroligt snabb takt.Koldioxidkoncentrationen i jordens atmosfär stiger snabbast någonsin i jordens historia, och detta fenomen förväntas få stora konsekvenser för jordens klimat.
Krav på mat, material och energi i en värld där mänsklig befolkning växer snabbt har skapat ett behov av att öka både mängden fotosyntes och effektiviteten i att omvandla fotosyntetisk produktion till produkter som är användbara för människor. Ett svar på dessa behov – den så kallade gröna revolutionen, som inleddes i mitten av 1900-talet – uppnådde enorma förbättringar av jordbruksavkastningen genom användning av kemiska gödningsmedel, bekämpning av skadedjur och växtsjukdomar, växtförädling och mekaniserad jordbearbetning, skörd, och grödor bearbetning. Denna ansträngning begränsade allvarliga hungersnöd till några områden i världen trots snabb befolkningstillväxt, men det eliminerade inte omfattande undernäring. Dessutom började början på början av 1990-talet att avkastningen för större grödor ökade. Detta gällde särskilt för ris i Asien. Stigande kostnader för att upprätthålla en hög jordbruksproduktion, som krävde ständigt ökande tillförsel av gödselmedel och bekämpningsmedel och ständig utveckling av nya växtvarianter, blev också problematiskt för jordbrukare i många länder.
En andra jordbruksrevolution, baserad på växtgenetik, förväntades leda till ökad växtproduktivitet och därmed delvis lindra undernäring. Sedan 1970-talet har molekylärbiologer haft medel för att förändra en växts genetiska material (deoxiribonukleinsyra eller DNA) i syfte att uppnå förbättringar av resistens mot sjukdom och torka, produktutbyte och kvalitet, frosthärdighet och andra önskvärda egenskaper. Sådana egenskaper är emellertid i sig komplexa och processen att göra ändringar av gröda växter genom genteknik har visat sig vara mer komplicerad än förväntat. I framtiden kan sådan genteknik leda till förbättringar av fotosyntesprocessen, men vid de första decennierna av 2000-talet hade den ännu inte visat att den dramatiskt skulle kunna öka avkastningen.
Ett annat spännande område i Studien av fotosyntes har varit upptäckten att vissa djur kan omvandla ljusenergi till kemisk energi. Den smaragdgröna havssnigeln (Elysia chlorotica), till exempel, förvärvar gener och kloroplaster från Vaucheria litorea, en alga som den konsumerar, vilket ger den en begränsad förmåga att producera klorofyll. När tillräckligt med kloroplaster assimileras kan snigeln avstå från intag av mat. Ärtbladlusen (Acyrthosiphon pisum) kan utnyttja ljus för att tillverka den energirika föreningen adenosintrifosfat (ATP); denna förmåga har kopplats till bladlössens tillverkning av karotenoidpigment.