Fotosynteesi on elintärkeä prosessi, jossa kasvit tuottavat happea. Se koostuu orgaanisten yhdisteiden synteesistä, johon osallistuu ilmasta otettu hiilidioksidi, vesi maaperästä saatujen mineraalisuolojen kanssa ja aurinkoenergia.
Tässä prosessissa valoenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi. Näin vihreät kasvit ja jotkut bakteerit, joilla on asianmukainen assimilaatiopigmentti, ravitsevat itseään. Fotosynteesin aikana syntyvä happi on elintärkeää sekä ihmisten että monien muiden elävien organismien elämälle, minkä vuoksi viherkasveista huolehtiminen on niin tärkeää. Jos kasvit kuolisivat, maapallon happi loppuisi, mikä tietysti tappaisi kaikki muut organismit.
Mikä määrittää fotosynteesin intensiteetin?
Fotosynteesi voi olla nopeampaa tai hitaampaa useista tärkeistä tekijöistä riippuen. Tärkein tekijä on tietysti kasviin pääsevän valon määrä. Mitä voimakkaammin lehtiin ja varteen putoavat valonsäteet, sitä nopeammin fotosynteesi tapahtuu. Jokaisella kasvilla on omat suosikki vaaleat värinsä. Jotkut niistä imevät sinistä valoa eniten, toiset pitävät keltaisesta ja vihreästä valosta.
Kaikki riippuu lajista ja kasvin sisällä olevan assimiloituvan pigmentin kemiallisesta rakenteesta. Suotuisissa olosuhteissa kasvit (pääasiassa niiden lehdet) voivat käyttää noin 5 % valoenergiasta sen muuntamiseen kemialliseksi energiaksi.
Koska hiilidioksidi CO2 on kasvien ravintoa, myös tämän kaasun määrällä ilmassa on suuri merkitys fotosynteesiprosessissa. Mitä suurempi hiilidioksidipitoisuus on, sitä nopeammin energian muunnos tapahtuu. Tämä väite ei kuitenkaan koske korkeita kaasupitoisuuksia, koska yli 1 %:n CO2-pitoisuudet estävät fotosynteesiä ja lisäksi korkeat hiilidioksidipitoisuudet voivat olla myrkyllisiä kasveille.
Lämpötila voi rajoittaa energian muuntamisprosessia kasveissa. Kuten voit helposti arvata, kasvit fotosyntetisoivat vain tietyllä lämpötila-alueella. Vuoristokasvit, jotka ovat kestävämpiä kuin alemmat kukat, voivat selviytyä pakkasista, mutta ne saavuttavat nollan.
Tämä on fotosynteesin alaraja. Korkean lämpötilan toleranssi on paljon korkeampi, koska yläraja on jopa 55 celsiusastetta. Kasvin käytettävissä oleva vesimäärä ei liity suoraan fotosynteesiin, mutta välillisesti veden puute voi merkittävästi estää koko prosessia.
Kuivattu kasvi sulkee tai sulkee stomatan kokonaan, mikä suurelta osin estää sitä imemästä hiilidioksidia ja heikentää siten merkittävästi fotosynteesin tehokkuutta.
Fotosynteesin merkitys ympäristölle
Fotosynteesi on luonnollinen prosessi, jolla on suuri merkitys kaikille maapallon eläville organismeille. Ilman fotosynteesiä elämä maapallolla olisi käytännössä mahdotonta. Ilman happea ja muita fotosynteesin tuotteita emme voisi syödä, käsitellä energiaa ja ennen kaikkea hengittää.
Avaintekijä on tietysti happi, joka on ehdottoman välttämätöntä aerobisille organismeille hengityksen fosforylaatioprosessissa, joka on hengityksen tärkein vaihe. Tämä ei kuitenkaan ole tämän kaasun ainoa toiminto. Ilmakehän happi stratosfäärissä edistää myös otsonin eli kolmen atomimolekyylin hapen muodostumista.
Auringon ultraviolettisäteilyn säteet ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän happimolekyylien kanssa, mikä johtaa kahden yksittäisen happimolekyylin muodostumiseen. Sitten yksi niistä reagoi kaksoishappimolekyylin kanssa ja tuottaa otsonia.
Niin kutsuttu otsonikerros, joka suojaa planeettamme vaarallisten auringonsäteiden haitallisilta vaikutuksilta ja auttaa ylläpitämään oikeaa lämpötilaa maapallolla.
Mielenkiintoista on, että kasvit itse tarvitsevat myös happea hengittääkseen, varsinkin niin sanotussa fotosynteesin pimeässä vaiheessa. Otetun hapen prosenttiosuus suhteessa tuotettuun on kuitenkin mitätön. Kasvit ovat ehtymätön hapen ja energian lähde. Siksi kasvillisuuden hoitaminen ja suojeleminen on niin tärkeää.
Keinotekoinen fotosynteesi
1970-luvulla kehitettiin käsite luonnollisen fotosynteesin uudelleen luomisesta keinotekoisissa laboratorio-olosuhteissa. Tämä idea on vielä tutkimusvaiheessa, eikä maailman hyödyllisintä ja tarpeellisinta prosessia ole toistaiseksi pystytty kopioimaan, mutta tutkijat eivät anna periksi.
Ideoita oli monia, mutta sopiva ratkaisu ongelmaan on edelleen mysteeri. Tutkijat ovat asettaneet toiveensa keinotekoiseen fotosynteesijärjestelmään, joka koostuu ruteenista ja raudasta, joka absorboi valoa ja mangaanista, johon reaktiokeskus perustuu.
Keinotekoinen korkeaenergisten kemikaalien valmistaminen aurinkoenergialla, hiilidioksidilla ja vedellä olisi erittäin hyödyllistä planeetallemme. Todennäköisesti tällainen löytö auttaisi vastaamaan energian kysyntään, mikä ratkaisisi useita kymmeniä vuosia kestäneen energiakriisin ongelman.
Lisäksi keinotekoinen fotosynteesi auttaisi hyödyntämään ylimääräistä haitallista hiilidioksidia ilmakehästä, mikä voisi mahdollisesti myös pysäyttää otsoniaukon vaarallisen laajenemisen. Tiedemiehet toivovat myös, että laboratorioprosessi voisi olla myös edullisempi vaihtoehto vedyn saamiselle.