Фотосинтез - образование клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями органических веществ и выделение кислорода при участии энергии света.
Жизнь на суше стала возможна благодаря растениям, которые в результате фотосинтеза выделяли в атмосферу кислород. Но механизм фотосинтеза оставался необъяснимым долгое время. В течение тысячелетий люди считали, что растение питается благодаря корням, поглощая с их помощью все необходимые вещества из почвы. Правильность этого положения взялся проверить в начале XVI века голландский ученый Ян ван Гельмонт. Опыт его был прост. Гельмонт взвесил землю в горшке и посадил туда растение (взвесив предварительно). Поливал дождевой водой. Через 5 лет взвесил высушенную почву из горшка и выросшее растение. Оказалось, что вес земли изменился всего на несколько сот граммов, а растение выросло на 70 килограммов. Вывод сводился к тому, что растения получают питательные вещества не только из почвы.
Прошло еще много времени, пока биологи пришли к правильному решению — о воздушном питании растений. Важную роль в понимании данного вопроса сыграло открытие, совершенное английским химиком Джозефером Пристли в 1771 году. Сделано оно случайно, и опыт был прост. Знаменитый опыт, который раскрывает взаимное влияние двух миров — растительного и животного. Сам Пристли описывал свой опыт так: «Я взял некоторое количество воздуха, совершенно испорченного дыханием мыши, которая в нем погибла; разделив его на две части, я ввел одну в сосуд, погруженный в воду, в другую же часть его, также заключенную в сосуд с водой, я ввел ветку мяты. Через 9 дней я нашел, что мышь прекрасно жила в той части воздуха, в которой росла ветка мяты, но моментально погибала в другой части его». Отсюда видно, что растения улучшают воздух, делают его пригодным для жизни других организмов, и при этом растение даже выросло под колбой, но важно, что опыт проходил на свету.
В результате дальнейших исследований русскому ученому Клименту Аркадьевичу Тимирязеву удалось многочисленными опытами доказать, что в зеленых хлорофилловых зернах происходит образование органических веществ под воздействием солнечных лучей. Но не все лучи действуют одинаково на зеленые листья. Хлорофилловые зерна производят свою работу главным образом при помощи красных лучей, обладающих наибольшей энергией.
Углекислый газ необходим растениям для жизни, он служит для растений настоящей пищей (вместе с водой и минеральными солями). Но «питаться воздухом» совсем не легко. Ведь в воздухе всего 0.003% углекислого газа. Чтобы вырастить один кубометр еловой древесины, растению надо «выкачать» углекислый газ из более чем миллиона кубометров воздуха. Воздушное питание растений К.А.Тимирязев назвал фотосинтезом. Кислород в процессе фотосинтеза выделяется в качестве побочного продукта.
Фотосинтез сумел изменить весь облик нашей планеты.
80% кислорода выделяется морскими водорослями и только 20% — наземными растениями. Поэтому океан иногда называют легкими планеты. Каждый зеленый листочек можно назвать фабрикой жизни, которая производит необходимые для других организмов вещества.
Химическое уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:
6CO2 + 6H2O ----Ферменты? C6H10O6 + 6O2
С языка химических формул это можно перевести примерно так:
Углекислый газ + вода ----Ферменты? Сахар (глюкоза) + кислород
Хлорофилл играет в фотосинтезе главную роль.
Процесс фотосинтеза многоступенчатый. Начало световой стадии происходит при попадании солнечного света на молекулу хлорофилла. Происходят сложные изменения с молекулами воды, выделение кислорода, восстановление энергетических запасов в виде АТФ. Дальше идет более длительная темновая стадия, где и происходит сборка углеводов, с использованием энергии, которая образовалась в световой стадии и других соединений. Темновая стадия очень сложна и проходит при участии ферментов. Готовые органические вещества оттекают во все органы растения, но особенна много их откладывается в плодах, листьях, клубнях.
Из сахара в растении образуются жиры, а с присоединением получаемых из почвы азота, серы, фосфора — белки, которые используются организмом для роста.
Хлорофилл поглощает красные, синие лучи, а зеленые лучи почти не поглощает, поэтому мы видим лист зеленым.
В морские глубины красные лучи проникают плохо, поэтому в тканях красных и бурых водорослей наряду с хлорофиллом есть и другие пигменты, поглощающие свет.
В результате фотосинтеза на Земле образуется 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяется 200 миллиардов тонн свободного кислорода в год. Созданная фотосинтезом атмосфера защищает живое от губительного ультрафиолетового излучения (озоновый экран).