Contenuto
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Fotosintesi: necessaria per tutta la vita
- La fotosintesi si svolge tra le foglie
- Energia dal sole: passaggi di fotosintesi
- Clorofilla, assorbimento della luce e creazione di energia
- Fotosintesi e respirazione cellulare
- Riscaldamento globale e reazione di fotosintesi
Il processo di fotosintesi, in cui piante e alberi trasformano la luce del sole in energia nutrizionale, può inizialmente sembrare una magia, ma direttamente e indirettamente, questo processo sostiene l'intero mondo. Quando le piante verdi raggiungono la luce, le loro foglie catturano l'energia del sole usando sostanze chimiche che assorbono la luce o pigmenti speciali per produrre cibo dall'anidride carbonica e dall'acqua estratta dall'atmosfera. Questo processo rilascia ossigeno come sottoprodotto nell'atmosfera, un componente nell'aria necessario per tutti gli organismi respiratori.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Un'equazione semplice per la fotosintesi è l'anidride carbonica + acqua + energia luminosa = glucosio + ossigeno. Poiché le entità all'interno del regno vegetale consumano anidride carbonica durante la fotosintesi, rilasciano ossigeno nell'atmosfera per consentire alle persone di respirare; alberi e piante verdi (sulla terra e nel mare) sono i principali responsabili dell'ossigeno nell'atmosfera e senza di essi, animali e umani, così come altre forme di vita, potrebbero non esistere come fanno oggi.
Fotosintesi: necessaria per tutta la vita
Le cose verdi e in crescita sono necessarie per tutta la vita sul pianeta, non solo come cibo per erbivori e onnivori, ma per respirare l'ossigeno. Il processo di fotosintesi è il modo principale in cui l'ossigeno entra nell'atmosfera. È l'unico mezzo biologico sul pianeta che cattura l'energia della luce solare, trasformandola in zuccheri e carboidrati che fornisce nutrienti alle piante rilasciando ossigeno.
Pensaci: le piante e gli alberi possono essenzialmente estrarre energia che inizia nelle aree esterne dello spazio, sotto forma di luce solare, trasformarla in cibo e, nel processo, rilasciare l'aria necessaria che gli organismi richiedono per prosperare. Si potrebbe dire che tutte le piante e gli alberi che producono ossigeno hanno una relazione simbiotica con tutti gli organismi che respirano ossigeno. Gli esseri umani e gli animali forniscono anidride carbonica alle piante e forniscono ossigeno in cambio. I biologi lo definiscono una relazione simbiotica mutualistica perché tutte le parti nella relazione ne traggono beneficio.
Nel sistema di classificazione di Linnaean, la categorizzazione e la classificazione di tutti gli esseri viventi, piante, alghe e un tipo di batteri chiamati cianobatteri sono le uniche entità viventi che producono cibo dalla luce solare. L'argomentazione per abbattere le foreste e rimuovere le piante per motivi di sviluppo sembra controproducente se non ci sono più umani che vivranno in quegli sviluppi perché non ci sono piante e alberi per produrre ossigeno.
La fotosintesi si svolge tra le foglie
Le piante e gli alberi sono autotrofi, organismi viventi che producono il proprio cibo. Perché lo fanno usando l'energia della luce del sole, i biologi li chiamano fotoautotrofi. La maggior parte delle piante e degli alberi del pianeta sono fotoautotrofi.
La conversione della luce solare in cibo avviene a livello cellulare all'interno delle foglie delle piante in un organello trovato nelle cellule vegetali, una struttura chiamata cloroplasto. Mentre le foglie sono costituite da più strati, la fotosintesi avviene nella mesofilla, lo strato intermedio. Piccole micro aperture sul lato inferiore delle foglie chiamate stomi controllano il flusso di anidride carbonica e ossigeno da e verso la pianta, controllando lo scambio di gas delle piante e il bilancio idrico delle piante.
Gli stomi esistono sul fondo delle foglie, rivolti lontano dal sole, per ridurre al minimo la perdita d'acqua. Piccole cellule di guardia che circondano gli stomi controllano l'apertura e la chiusura di queste aperture simili alla bocca mediante gonfiore o restringimento in risposta alla quantità di acqua nell'atmosfera. Quando gli stomi si chiudono, la fotosintesi non può verificarsi, poiché la pianta non può assorbire anidride carbonica. Ciò provoca l'abbassamento dei livelli di anidride carbonica nella pianta. Quando le ore diurne diventano troppo calde e secche, lo stroma si chiude per conservare l'umidità.
Come organelli o strutture a livello cellulare nelle foglie delle piante, i cloroplasti hanno una membrana esterna ed interna che li circonda. All'interno di queste membrane sono presenti strutture a forma di piatto chiamate tilacoidi. La membrana del tilacoide è il punto in cui la pianta e gli alberi immagazzinano la clorofilla, il pigmento verde responsabile dell'assorbimento dell'energia luminosa proveniente dal sole. È qui che avvengono le prime reazioni dipendenti dalla luce in cui numerose proteine formano la catena di trasporto per trasportare l'energia estratta dal sole dove deve andare all'interno della pianta.
Energia dal sole: passaggi di fotosintesi
Il processo di fotosintesi è un processo a due fasi, in più fasi. Il primo stadio della fotosintesi inizia con il Reazioni luminose, noto anche come Processo dipendente dalla luce e richiede energia luminosa dal sole. Il secondo stadio, il Dark Reaction palco, chiamato anche il Ciclo di Calvin, è il processo mediante il quale la pianta produce zucchero con l'aiuto di NADPH e ATP dalla fase di reazione alla luce.
Il Reazione alla luce la fase della fotosintesi prevede i seguenti passaggi:
Tutto ciò avviene a livello cellulare all'interno delle piante tilacoidi, singole sacche appiattite, disposte in grana o pile all'interno dei cloroplasti della pianta o delle cellule degli alberi.
Il Calvin Cycle, chiamato per il biochimico di Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), vincitore del Premio Nobel per la chimica del 1961 per aver scoperto la fase della reazione oscura, è il processo mediante il quale la pianta produce zucchero con l'aiuto di NADPH e ATP dalla fase di reazione alla luce. Durante il ciclo di Calvin, si svolgono le seguenti fasi:
Clorofilla, assorbimento della luce e creazione di energia
All'interno della membrana del tilacoide sono incorporati due sistemi di cattura della luce: il fotosistema I e il fotosistema II costituiti da più proteine simili all'antenna, dove le foglie delle piante cambiano l'energia della luce in energia chimica. Il fotosistema I fornisce una scorta di portatori di elettroni a bassa energia mentre l'altro fornisce le molecole energizzate dove devono andare.
La clorofilla è il pigmento che assorbe la luce, all'interno delle foglie di piante e alberi, che inizia il processo di fotosintesi. Come pigmento organico all'interno del tilacoide cloroplastico, la clorofilla assorbe solo energia all'interno di una banda ristretta dello spettro elettromagnetico prodotto dal sole nell'intervallo di lunghezze d'onda da 700 nanometri (nm) a 400 nm. Chiamata la banda di radiazione fotosinteticamente attiva, il verde si trova nel mezzo dello spettro di luce visibile che separa l'energia inferiore, ma i rossi, le lunghezze d'onda e le lunghezze d'onda più lunghe dall'alta energia, la lunghezza d'onda più corta, i blu, gli indaco e le violette.
Come le clorofille assorbono un singolo fotone o distinto pacchetto di energia luminosa, fa eccitare queste molecole. Una volta che la molecola vegetale si eccita, il resto delle fasi del processo prevede l'immissione di quella molecola eccitata nel sistema di trasporto di energia tramite il vettore energetico chiamato nicotinamide adenina dinucleotide fosfato o NADPH, per la consegna al secondo stadio della fotosintesi, la fase di reazione oscura o il ciclo di Calvin.
Dopo aver inserito il catena di trasporto degli elettroni, il processo estrae ioni idrogeno dall'acqua prelevata e lo trasporta all'interno del tilacoide, dove si accumulano questi ioni idrogeno. Gli ioni passano attraverso una membrana semi-porosa dal lato stromale al lume tilacoideo, perdendo parte dell'energia nel processo, mentre si muovono attraverso le proteine esistenti tra i due fotosistemi. Gli ioni idrogeno si riuniscono nel lume tilacoideo dove attendono la ri-energizzazione prima di partecipare al processo che rende l'adenosina trifosfato o ATP, la valuta energetica della cellula.
Le proteine dell'antenna nel fotosistema 1 assorbono un altro fotone, trasmettendolo al centro di reazione PS1 chiamato P700. Un centro ossidato, P700 emette un elettrone ad alta energia per nicotin-ammide adenina dinucleotide fosfato o NADP + e lo riduce per formare NADPH e ATP. Qui è dove la cellula vegetale converte l'energia luminosa in energia chimica.
Il cloroplasto coordina le due fasi della fotosintesi per utilizzare l'energia della luce per produrre zucchero. I tilacoidi all'interno del cloroplasto rappresentano i siti delle reazioni luminose, mentre il ciclo di Calvin si verifica nello stroma.
Fotosintesi e respirazione cellulare
La respirazione cellulare, legata al processo di fotosintesi, avviene all'interno della cellula vegetale mentre assorbe energia luminosa, la trasforma in energia chimica e rilascia ossigeno di nuovo nell'atmosfera. La respirazione si verifica all'interno della cellula vegetale quando gli zuccheri prodotti durante il processo fotosintetico si combinano con l'ossigeno per produrre energia per la cellula, formando anidride carbonica e acqua come sottoprodotti della respirazione. Un'equazione semplice per la respirazione è opposta a quella della fotosintesi: glucosio + ossigeno = energia + anidride carbonica + energia luminosa.
La respirazione cellulare si verifica in tutte le cellule viventi delle piante, non solo nelle foglie, ma anche nelle radici della pianta o dell'albero. Poiché la respirazione cellulare non ha bisogno di energia leggera, può verificarsi sia di giorno che di notte. Ma l'eccessivo assorbimento di piante in terreni con scarso drenaggio causa un problema alla respirazione cellulare, poiché le piante inondate non possono assorbire abbastanza ossigeno attraverso le loro radici e trasformare il glucosio per sostenere i processi metabolici delle cellule. Se la pianta riceve troppa acqua per troppo tempo, le sue radici possono essere private dell'ossigeno, che può essenzialmente fermare la respirazione cellulare e uccidere la pianta.
Riscaldamento globale e reazione di fotosintesi
Il professor Elliott Campbell dell'Università della California e il suo team di ricercatori hanno notato in un articolo dell'aprile 2017 su "Nature", una rivista internazionale di scienza, che il processo di fotosintesi è aumentato drammaticamente nel corso del 20 ° secolo. Il team di ricerca ha scoperto un record globale del processo fotosintetico a cavallo tra duecento anni.
Ciò li ha portati a concludere che il totale di tutta la fotosintesi delle piante sul pianeta è cresciuto del 30 percento durante gli anni di ricerca. Mentre la ricerca non ha identificato in modo specifico la causa di un aumento nel processo di fotosintesi a livello globale, i modelli informatici dei team suggeriscono diversi processi, se combinati, che potrebbero comportare un così grande aumento nella crescita globale delle piante.
I modelli hanno mostrato che le principali cause dell'aumento della fotosintesi comprendono l'aumento delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera (principalmente a causa delle attività umane), le stagioni di crescita più lunghe a causa del riscaldamento globale a causa di queste emissioni e dell'aumento dell'inquinamento da azoto causato dall'agricoltura di massa e dalla combustione di combustibili fossili. Le attività umane che hanno portato a questi risultati hanno effetti sia positivi che negativi sul pianeta.
Il professor Campbell ha osservato che mentre l'aumento delle emissioni di anidride carbonica stimola la produzione agricola, stimola anche la crescita di erbe infestanti indesiderate e specie invasive. Ha osservato che un aumento delle emissioni di anidride carbonica provoca direttamente i cambiamenti climatici che portano a maggiori inondazioni lungo le zone costiere, condizioni meteorologiche estreme e un aumento dell'acidificazione degli oceani, che hanno tutti effetti combinanti a livello globale.
Mentre la fotosintesi è cresciuta nel corso del 20 ° secolo, ha anche causato alle piante di immagazzinare più carbonio negli ecosistemi di tutto il mondo, facendo sì che diventassero fonti di carbonio invece che pozzi di carbonio. Anche con l'aumento della fotosintesi, l'aumento non può compensare la combustione di combustibili fossili, poiché maggiori emissioni di anidride carbonica dalla combustione di combustibili fossili tendono a sopraffare la capacità delle piante di assorbire CO2.
I ricercatori hanno analizzato i dati sulla neve antartica raccolti dall'amministrazione nazionale oceanica e atmosferica per sviluppare i loro risultati. Studiando il gas immagazzinato nei campioni di ghiaccio, i ricercatori hanno rivisto le atmosfere globali del passato.