Dzīvu būtņu, tostarp cilvēku, pastāvēšana uz Zemes nav iespējama bez elpošanas. Patērējot skābekli no apkārtējās vides, cilvēks izelpo oglekļa dioksīdu. Teorētiski šai dzīvībai svarīgajai gāzei vajadzēja beigties. Taču gaisa masas ar tām pastāvīgi tiek papildinātas. Šāda reakcija kļūst iespējama, jo elpošanas laikā augi izdala skābekli O2. Visi augi ir autotrofi, kas pārvērš zemes garozas ķīmiskos elementus savvaļas dzīvnieku sastāvdaļās, izdalot skābekli. Tāpēc bez viņu līdzdalības biotiskās vielas klātbūtne uz Zemes būtu apšaubāma.
Fotosintēzes jēdziens un faktori
Patērējot saules gaismu, augi fotosintēzes ceļā izdala skābekli. Tajā pašā laikā tie ražo dažādus oglekli saturošus elementus, ko patērē bioloģiskās būtnes.
Floras pārstāvji satur pigmentu - hlorofilu, kas tos padara zaļus. Šis komponents uztver saules starojumu. Pateicoties tam, augos notiek fotosintēze, kas oficiāli atklāta 1771. gadā. Pats termins radāsvēlāk - 1877. gadā.
Obligāts faktors reakcijas gaitā ir saules gaismas vai hlorofila mākslīgi radītās gaismas absorbcija. Tomēr dabiskajiem ultravioletajiem viļņiem, kas izplūst no saules, ir vislabvēlīgākā ietekme uz dzīviem organismiem. Mērenajos platuma grādos fotosintēzes aktivizēšanās dabiskajā vidē iekrīt siltajā sezonā, jo dienas gaišais laiks ir ilgāks, turklāt augiem ir arī zaļi dzinumi un lapas, kas rudenī nokalst.
Lai īstenotu šo sarežģīto transformāciju, papildus saules starojumam un hlorofilam ir nepieciešami CO2, H2O un minerālelementi., kas galvenokārt tiek iegūti no augsnes caur saknēm.
Ieviešanas vieta
Fotosintēze notiek augu šūnu iekšienē, mazās organellās - hloroplastos. Tie satur pigmentu hlorofilu, kas piešķir tiem zaļo krāsu.
Šī sarežģītā transformācija tiek veikta galvenokārt zaļajās lapās, kā arī zaļajos augļos, dzinumos. Vislielākais hlorofila saturs ir lapās, jo liela platība ļauj absorbēt ievērojamu daudzumu gaismas, tāpēc reakcijai ir vairāk enerģijas.
Kā notiek process?
Vielu pārvēršanas process augos, kas ražo skābekli, ir diezgan sarežģīts. Pirmkārt, augs uztver saules starus ar hlorofila palīdzību. Tajā pašā laikā tas ar saknēm sūc ūdeni no augsnes, kas satur dažādas minerālvielas, patērē CO2 no gaisa un ūdens. Hlorofils pārvērš H2O, mikroelementus un CO2 organiskos savienojumos. Šobrīd augi atmosfērā izdala skābekli, un daži no tiem aiziet elpot.
Fotosintēze ietver divas savstarpēji atkarīgas, bet pilnīgi atšķirīgas fāzes: gaišo un tumšo. Pirmā fāze tiek veikta tikai gaismā, bez kuras tas nav iespējams. Tumsai pastāvīga CO2. klātbūtne
Gaismas fāze
Absolūtais nosacījums procesu īstenošanai šajā posmā ir gaismas klātbūtne, aktivizējot hlorofilu. Šajā gadījumā pēdējais sadala ūdens molekulu H2 un O2. Viss notiek hloroplastu iekšpusē, membrānu ierobežotos nodalījumos - tilakoīdos. Rezultātā tiek sintezēts organiskais savienojums ATP, sava veida enerģijas avots bioloģiskajos procesos. Pienāk brīdis, kad augi izdala skābekli.
Tumšā fāze
To veic hloroplastu stromā un sauc par tumšo, jo šeit procesi var noritēt bez gaismas klātbūtnes, tas ir, visu diennakti.
Pirmkārt, ir obligāta pastāvīga oglekļa dioksīda absorbcija un fiksācija no vides. Pēc tam notiek virkne pārvērtību, kas beidzas ar glikozes (dabiskā cukura), aminoskābju, taukskābju, glicerīna un citu svarīgu organisko savienojumu veidošanos. Enerģija, lai notiktu reakcijas, tiek ņemta no ATP un NADP-H2, kas izveidoti gaismas fāzē.
Augu elpa
Kā dzīvās vielas pārstāvji, augi elpo. Turklāt, absorbējot un izdalot gan O2, gan oglekļa dioksīdu. Tikai augos fotosintēzes procesā tiek patērēts CO2 un izdalās O2. Jāatzīmē, ka tiek izdalīts daudz vairāk skābekļa, nekā tiek patērēts elpošanai. Līdz ar to kopējā daudzumā gaismā augs galvenokārt izdala skābekli, absorbējot CO2. Paralēli notiek arī elpošanas process, bet O2 patēriņš un oglekļa dioksīda izvadīšana notiek daudz mazākā mērogā.
Parasti tumsā augi absorbē skābekli un izdala oglekļa dioksīdu, tas ir, tie elpo. Augiem nav elpošanas sistēmas: tie absorbē skābekli no visas virsmas, galvenokārt no lapām.
Augi, kas tumsā izdala skābekli
Lielākā daļa augu gaismā enerģētiski izdala skābekli un bez tā, gluži otrādi, to patērē. Šī iemesla dēļ parasti nav ieteicams tos ievietot guļamistabā. Bet dažiem augiem viss notiek otrādi.
Piemēram, Kalančo, Bendžamina fikuss un orhidejas dinamiski sniedz O2 jebkurā diennakts laikā. Pie augiem, kas naktī izdala skābekli, ir arī alveja, kas cita starpā dezinficē gaisu no mikrobiem un izvelk no tā kaitīgās vielas. Droši vien visi zina par šī unikālā sukulenta labvēlīgajām īpašībām.
Spēcīgākais vides attīrītājs ir sansevjērija, kas palīdz stiprināt cilvēku imūnsistēmu. Šajā sugā ietilpst arī ģerānija, kas spēj iznīcināt jebkurubaktērijas un pat daži vīrusi. Tam piemīt antidepresīvas īpašības: tā smarža var mazināt neirozes, bezmiegu, stresu un nervu spriedzi.
Fotosintēzes nozīme mūsu planētai
Pēc zinātnieku domām, planēta Zeme veidojusies no Saules miglāja, un sākotnēji tās atmosfērā nebija skābekļa. Šādas dzīvībai svarīgas gāzes rašanās bija iespējama tieši fotosintēzes dēļ. Tā rezultātā parādījās skābekļa elpošana, kas raksturīga gandrīz visām dzīvajām būtnēm. Skābeklis veicināja planētas dabiskās aizsardzības pret saules ultravioleto starojumu veidošanos – ozona slāni. Šis apstāklis veicināja evolūciju: dzīvo organismu izlaišanu no okeāna uz sauszemi.
Ir arī ļoti svarīgi, lai augi, kas ražo skābekli, patērētu arī oglekļa dioksīdu no atmosfēras. Pārmērīgs CO2 izraisa siltumnīcas efektu, kas ir slikts klimatam un dzīvajām būtnēm.
Ja nenotiks fotosintēze, planētas atmosfērā būtu CO2 pārpilnība. Tā rezultātā lielākā daļa dzīvo organismu nespētu elpot un nomirtu. Fotosintēze nosaka Zemes atmosfēras apvalka gāzes sastāva stabilitāti. Koki ir mūsu planētas plaušas. Tāpēc ir ļoti svarīgi tos pasargāt no mežu izciršanas un ugunsgrēkiem, un apdzīvotās vietās iestādīt vairāk veģetācijas.
Fotosintēzes kolosālā vērtība slēpjas tajā, ka no vienkāršiem minerālelementiem rodas dažādi organiskie savienojumi. Izrādās, ka vissdzīvība uz Zemes ir parādā par savu pastāvēšanu šim apbrīnojamajam procesam.
Turklāt augus ēd ļoti daudz dzīvnieku. Augu radītie un uzkrātie organiskie savienojumi ir arī pārtika un enerģijas avots. Miljardiem gadu zemes zarnās ir uzkrājušās lielas organisko vielu (naftas, ogļu un citu) nogulsnes.
Fotosintēzes produktus cilvēki izmanto ne tikai pārtikā un ārstēšanā, bet arī saimnieciskajā darbībā kā būvmateriālu un dažādas izejvielas.
