Фотосинтез: все, що треба про нього знати

Визначення

Процес фотосинтезу є одним з найважливіших біологічних процесів, що протікають в природі, адже саме завдяки йому відбувається утворення органічних речовин з вуглекислого газу і води під дією світла, саме це явище і називають фотосинтезом. І що найважливіше, у процесі фотосинтезу відбувається виділення кисню, життєво необхідного для існування життя на нашій дивовижній планеті.

Історія відкриття

Історія відкриття явища фотосинтезу йде своїми коренями на чотири століття в минуле, коли в далекому 1600 році такий собі бельгійський вчений Ян Ван Гельмонт поставив не складний експеримент. Він посадив гілочку верби (попередньо записавши її початкову вагу) у мішок, в якому знаходилося 80 кг землі. А потім протягом п’яти років рослина поливалася виключно дощовою водою. Яким же було здивування вченого, коли по закінченні п’яти років вага рослини збільшилася на 65 кг, при тому, що маса землі зменшилася лише на 50 грам, звідки взялася настільки значна прибавка у вазі, так і залишилося для вченого загадкою.

Наступний важливий і цікавий експеримент, який став передвісником відкриття фотосинтезу, був поставлений англійським вченим Джозефом Прістлі в 1771 році (цікаво, що за родом своєї професії містер Прістлі був священиком англіканської церкви, але в історію увійшов саме як видатний вчений). Що ж зробив містер Прістлі? Він помістив миша під ковпак і через п’ять днів вона померла. Потім він знову помістив ще одну мишу під ковпак, але в цей раз разом з мишкою під ковпаком була гілочка м’яти і в результаті миша залишилася живою. Отриманий результат навів вченого на думку про те, що існує певний процес, протилежний диханню. Ще одним важливим висновком цього експерименту стало відкриття кисню, який життєво необхідного всім живим істотам (перша мишка померла від його відсутності, друга ж вижила, завдяки гілочці м’яти, яка в процесі фотосинтезу як раз створила кисень).

Так був встановлений факт, що зелені частини рослин здатні виділяти кисень. Потім вже в 1782 році швейцарський вчений Жан Сенебье довів, що вуглекислий газ під дією світла розкладається в зелених органоїдах рослин – фактично була відкрита ще одна сторона фотосинтезу. Потім ще через 5 років французький вчений Жак Бусенго виявив, що поглинання рослинами води відбувається і при синтезі органічних речовин.

І фінальним акордом у низці наукових відкриттів пов’язаних з явищем фотосинтезу стало відкриття німецького ботаніка Юліуса Сакса, якому в 1864 році вдалося довести, що обсяг споживаного вуглекислого газу і виділеного кисню відбувається в пропорції 1:1.

Значення в житті людини

Якщо представити образно, то листок будь-якої рослини можна порівняти з маленькою лабораторією, вікна якої виходять на сонячну сторону. У цій самій лабораторії йде утворення органічних речовин і кисню, що є основою для існування органічного життя на Землі. Адже без кисню і фотосинтезу на Землі просто б не існувало життя.

Але якщо фотосинтез настільки важливий для життя і виділення кисню, то як живуть люди (та й не тільки люди), наприклад в пустелі, де мінімум зелених рослин, або наприклад, в індустріальному місті, де дерева рідкість. Справа в тому, що на частку наземних рослин припадає всього 20% кисню, що виділяється в атмосферу, інші ж 80% виділяються морськими і океанськими водоростями, адже недаремно світовий океан часом називаю «легенями нашої планети».

Формула

Загальну формулу фотосинтезу можна записати наступним чином:

Вода + Вуглекислий газ + Світло > Вуглеводи + Кисень

А ось такий вигляд має формула хімічної реакції фотосинтезу

6СО₂ + 6Н₂О = С6Н₁₂О₆ + 6О₂

Значення для рослин

А тепер спробуємо відповісти на питання, для чого потрібен фотосинтез рослинам. Насправді забезпечення киснем атмосфери нашої планети, далеко не єдина причина протікання фотосинтезу, цей біологічний процес життєво необхідний не тільки людям і тваринам, але і самим рослинам, адже органічні речовини, які утворюються в процесі фотосинтезу, становлять основу життєдіяльності рослин.

Як відбувається

Головним двигуном фотосинтезу є хлорофіл – спеціальний пігмент, що міститься в клітинах рослин, який, крім всього іншого, відповідає за зелену окрасу листя дерев та інших рослин. Хлорофіл являє собою складне органічне з’єднання, що володіє до того ж важливою властивістю – здатністю до поглинання сонячного світла. Поглинаючи його, саме хлорофіл приводить в дію ту маленьку біохімічну лабораторію, що міститься в кожному маленькому листочку, кожній травинці і кожній водорості. Далі відбувається хімічна реакція фотосинтезу (формулу дивіться вище) в ході якої і відбувається перетворення води і вуглекислого газу в необхідні рослинам вуглеводи та необхідний всьому живому кисень. Механізми фотосинтезу є геніальним творінням природи.

Фази

Також процес фотосинтезу складається з двох стадій: світлої і темнової. І нижче ми детально напишемо про кожну з них.

Світлова фаза

Ця фаза здійснюється на мембранах тилакойдів. Що ж таке ці тиалакойди? Тилакойди це структури, які знаходяться всередині хлоропластів і обмежені мембраною.

Порядок процесів світлової фази фотосинтезу виглядає так:

• Світло потрапляє на молекулу хлорофілу, поглинається зеленим пігментом, що приводить його в збуджений стан. Електрон, який входить у цю молекулу переходить на більш високий рівень і бере участь у процесі синтезу.
• Йде розщеплення води, під час якого протони, під дією електронів перетворюються в атоми водню, які потім витрачаються на синтез вуглеводів.
• На останньому етапі світлової фази фотосинтезу відбувається синтез АТФ (Аденозинтрифосфат). АТФ являє собою органічну речовину, що грає роль свого роду акумулятору енергії в біологічних процесах.

Темнова фаза

Ця фаза фотосинтезу протікає в стромах хлоропластів. Саме в її процесі відбувається виділення кисню, а також синтез глюкози. Можна подумати виходячи з назви, що темнова фаза фотосинтезу відбувається виключно в темний час доби. Насправді це не так, синтез глюкози відбувається цілодобово, просто на цьому етапі енергія світла більше не витрачається і вона просто не потрібна.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора

Ця стаття доступна англійською мовою – Photosynthesis.