Organismele au nevoie de energie pentru a supravietui. Unele dintre ele sunt capabile sa absoarba aceasta energie prin intermediul luminii solare, pe care o folosesc pentru producerea zaharului si a altor compusi organici, ca lipidele si proteinele. Un astfel de proces, care poarta numele de fotosinteza (din cuvintele grecesti “phos” – “lumina” si “synthesis” – “compozitie”), se manifesta la plante, la unele bacterii si la algele verzi. In cadrul lui, energia solara este convertita in energie chimica, stocata sub forma de glucoza. Sase molecule de dioxid de carbon si douasprezece molecule de apa sunt consumate in tot acest proces, in timp ce glucoza rezultata are sase molecule de oxigen si sase molecule de apa.
Procesul de fotosinteza are loc la nivelul frunzelor, motiv pentru care, in aceasta zona a plantei, trebuie transportate substantele necesare initierii ciclului atat de necesar mentinerii vietii. Dioxidul de carbon este captat prin intermediul unor pori de dimensiuni extrem de mici, care poarta denumirea de stomate. Oxigenul este eliberat, la incheierea procesului, tot prin aceste orificii. Apa este absorbita prin intermediul radacinilor si transportata catre frunze prin sistemul tisular vascular al plantei. Razele de lumina solara sunt absorbite prin clorofile – pigmenti de culoare verde, localizati la nivelul cloroplastelor, acestea fiind sediul fotosintezei la plante. Cloroplastele contin o serie de structuri cu rol extrem de important si cu functii specifice, si anume:
- membranele externe si interne – au rol protectiv, pastrand structura cloroplastului compacta;
- stroma – un fluid foarte dens, sediul conversiei dioxidului de carbon in zahar;
- grana – mai multe straturi dense, locul conversiei energiei luminoase in energie chimica;
- clorofilele – pigmentul de culoare verde capabil sa absoarba energia solara;
Stadiile fotosintezei
Fotosinteza, procesul prin care este eliberat oxigen in natura, presupune existenta a doua stadii – reactiile luminoase si reactiile de intuneric. Faza de lumina are loc la nivelul granei, unde energia solara este transformata in energie chimica, sub forma de ATP (energie libera care contine si molecule) si NADPH (molecule cu o cantitate foarte mare de energie transportoare de electroni – Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate). Clorofilele sunt cele care absorb energia luminoasa si declanseaza lantul de reactii care duc la formarea de ATP, NADPH si oxigen (prin splitarea apei).
Oxigenul este mai apoi eliberat in atmosfera, prin intermediul stomatei. Atat ATP-ul cat si NADPH-ul sunt folosite in faza de intuneric pentru producerea de glucoza. Faza de intuneric din cadrul procesului de fotosinteza se desfasoara la nivelul stromei. Dioxidul de carbon este convertit in glucoza, folosind ATP si NADPH, proces care mai poarta si denumirea de fixare a carbonului sau ciclul Calvin.
Cine a descoperit procesul de fotosinteza
In Antichitate, Aristotel, preocupat nu numai de filozofie, dar si de tot ceea ce insemna lumea, in toata diversitatea ei, credea ca plantele isi iau din sol toate elementele de care aveau nevoie, pentru a se dezvolta. Jan Baptista van Helmont, chimist si fizician de origine flamanda, este cel care, in anul 1600, aduce mari contributii la descoperirea acestui proces esential pentru viata. Helmont isi incepe studiile prin plantarea unei salcii si cresterea acesteia intr-un vas de mici dimensiuni, pentru o perioada de cinci ani. La sfarsitul perioadei, planta si-a crescut masa cu 74 de kilograme, dar masa solului in care aceasta a crescut nu si-a modificat dimensiunile, motiv pentru care Van Helmont ajunge la concluzia ca apa este sursa de viata a plantei.
John Woodward, profesor de fizica la Universitatea Cambridge, incearca sa testeze studiile lui Van Helmont si incepe masurarea cantitatii de apa folosita de catre plante. Woodward sugereaza, pe buna dreptate, ca apa este transportata, prin intermediul porilor, si exhalata in atmosfera, infirmand cercetarile lui Jan Baptista van Helmont. Jan Ingen-Housz este primul cercetator care demonstreaza ca lumina determina producerea de oxigen, in cazul plantelor (oxigenul fiind descoperit de catre Carl Wilhelm Scheele, in anul 1772). La mijlocul secolului al XIX-lea, mecanismele fotosintezei erau intelese in mare masura, experienta lui George Engelmann (botanist germano-american), din 1882, in care s-a folosit de bacterii pentru a masura cantitatea de oxigen eliberata prin fotosinteza, aratand clar si rolul culorii luminii in acest proces.
In concluzie, fotosinteza este un proces prin care energia luminoasa este convertita in energie chimica si folosita pentru a produce compusi organici. Procesul are loc la nivelul cloroplastelor si se petrece in doua faze, cea de lumina si cea de intuneric, in care sunt produse ATP, NADPH si glucoza.
Fotosinteza artificiala
In fiecare an, organismele capabile de fotosinteza asimileaza in jur de 100 miliarde tone de carbon, in biomasa. Reproducerea artificiala a reactiilor specifice fotosintezei face obiectul unor cercetari recente. In 2007, o echipa de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) a creat un dispozitiv care face posibila disocierea oxigenului din apa, de hidrogen, folosindu-se de energia solara. In acelasi an, cercetatori de la Universitatea din Kyoto (Japonia) au descoperit un procedeu capabil sa capteze dioxidul de carbon atmosferic (de 300 de ori mai eficace decat o fac plantele), utilizand dioxid de mangan.
In 2011, tot la MIT, s-a reusit fabricarea unei frunze artificiale, facute din materiale relativ ieftine, acoperite cu catalizatori, “frunza” care descompune apa in oxigen si hidrogen, cu ajutorul luminii naturale, producand electricitate proprie. Aceste experimente sunt foarte importante in conditiile in care rezervele de oxigen ale planetei sunt din ce in ce mai afectate de activitatile iresponsabile ale omului (poluare, distrugerea padurilor, diverse dezechilibre ale ecosistemelor etc.) si vizeaza, intr-un viitor mai indepartat, posibilitatea de a obtine din lumina, din apa si catalizator, diversi combustibili.
Importanta fotosintezei
- Este un proces fundamental pentru viata pe Terra;
- Regleaza cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera, astfel incat acesta sa nu depaseasca limita de 0,03%, depasire care ar deveni periculoasa pentru viata;
- Mentine aerul proaspat, respirabil, sanatos;
- Este o conditie a asigurarii circuitului carbonului si azotului in atmosfera;
- Diminueaza consecintele negative ale efectului de sera.
