A fotoszintézis létfontosságú folyamat, amelyben a növények oxigént termelnek. Szerves vegyületek szintéziséből áll a levegőből vett szén-dioxid, a talajból nyert ásványi sókkal ellátott víz és a napenergia részvételével.
Ebben a folyamatban a fényenergia kémiai energiává alakul. Így táplálkoznak a zöld növények és néhány megfelelő asszimilációs pigmenttel rendelkező baktérium. A fotoszintézis során keletkező oxigén nélkülözhetetlen az élethez az ember és sok más élő szervezet számára is, ezért is olyan fontos a növényzet gondozása. Ha a növények elpusztulnának, a Földből kifogyna az oxigén, ami természetesen az összes többi élőlényt megölné.
Mi határozza meg a fotoszintézis intenzitását?
A fotoszintézis több fontos tényezőtől függően lehet gyorsabb vagy lassabb. A legfontosabb tényező természetesen a növényt érő fény mennyisége. Minél nagyobb intenzitású a levelekre és a szárra eső fénysugarak, annál gyorsabban megy végbe a fotoszintézis. Minden növénynek megvan a maga kedvenc világos színe. Egyesek a kék fényt szívják el leginkább, mások a sárga és zöld fényt részesítik előnyben.
Minden a fajtól és a növényen belüli asszimiláló pigment kémiai szerkezetétől függ. Kedvező körülmények között a növények (főleg a leveleik) a fényenergia körülbelül 5%-át képesek kémiai energiává alakítani.
Mivel a szén-dioxid a CO2 a növények tápláléka, ennek a gáznak a levegőben való mennyisége is nagy jelentőséggel bír a fotoszintézis folyamatában. Minél nagyobb a szén-dioxid koncentrációja, annál gyorsabban megy végbe az energiaátalakítás. Ez az állítás azonban nem vonatkozik a magas gázkoncentrációkra, mert az 1% feletti CO2-koncentráció gátolja a fotoszintézist, ráadásul a magas szén-dioxid-koncentráció mérgező lehet a növényekre.
A növények energiaátalakításának folyamatát a hőmérséklet korlátozhatja. Amint azt könnyen kitalálhatja, a növények csak egy bizonyos hőmérsékleti tartományon belül fotoszintetizálnak. Az alsó virágoknál tartósabb hegyi növények túlélik a fagyokat, de valamivel nulla alá érik.
Ez a fotoszintézis alsó határa. A magas hőmérséklet tolerancia sokkal magasabb, mivel a felső határ 55 Celsius-fok. A növény számára hozzáférhető vízmennyiség közvetlenül nem vesz részt a fotoszintézisben, de közvetve a vízhiány jelentősen gátolhatja a teljes folyamatot.
A kiszáradt növény bezárja vagy teljesen lezárja a sztómát, ami nagymértékben megakadályozza a szén-dioxid felvételét, ezáltal jelentősen csökkenti a fotoszintézis hatékonyságát.
A fotoszintézis jelentősége a környezet szempontjából
A fotoszintézis egy természetes folyamat, amely nagy jelentőséggel bír a Föld összes élő szervezete számára. Fotoszintézis nélkül gyakorlatilag lehetetlen lenne az élet a Földön. Oxigén és a fotoszintézis egyéb termékei nélkül nem tudnánk enni, energiát feldolgozni és főleg lélegezni.
Természetesen a kulcstényező az oxigén, amely feltétlenül nélkülözhetetlen az aerob szervezetek számára a légúti foszforiláció folyamatában, amely a légzés legfontosabb szakasza. Ennek a gáznak azonban nem ez az egyetlen funkciója. A sztratoszférában lévő légköri oxigén is hozzájárul az ózon, azaz három atommolekulával rendelkező oxigén képződéséhez.
A nap ultraibolya sugárzásának sugarai kölcsönhatásba lépnek a légköri oxigénmolekulákkal, aminek eredményeként két egyetlen oxigénmolekula képződik. Ezután az egyik reakcióba lép a kettős oxigénmolekulával, és ózon keletkezik.
Az úgynevezett az ózonréteg, amely megvédi bolygónkat a veszélyes napsugarak káros hatásaitól, és segít fenntartani a megfelelő hőmérsékletet a Földön.
Érdekes módon maguknak a növényeknek is oxigénre van szükségük a légzéshez, különösen a fotoszintézis úgynevezett sötét fázisában. A felvett oxigén százalékos aránya azonban a termelt oxigénhez viszonyítva elhanyagolható. A növények az oxigén és az energia kimeríthetetlen forrásai. Ezért nagyon fontos a növényzet gondozása és védelme.
Mesterséges fotoszintézis
Az 1970-es években kidolgozták a természetes fotoszintézis mesterséges laboratóriumi körülmények között történő újrateremtésének koncepcióját. Ez az ötlet még kutatási fázisban van, és eddig nem sikerült lemásolni a világ leghasznosabb és legszükségesebb folyamatát, de a tudósok nem adják fel.
Sok ötlet volt, de a probléma megfelelő megoldása továbbra is rejtély marad. A tudósok reményeiket egy ruténiumból és vasból álló mesterséges fotoszintézis rendszerbe helyezték, amely elnyeli a fényt és a mangánt, amelyre a reakcióközpont épül majd.
A nagy energiájú vegyszerek mesterséges előállítása napenergia, szén-dioxid és víz felhasználásával rendkívül előnyös lenne bolygónk számára. Valószínűleg egy ilyen felfedezés segítene az energiaigény kielégítésében, ami megoldaná a több tucat éve tartó energiaválság problémáját.
Sőt, a mesterséges fotoszintézis elősegítené a légkörből származó többlet káros szén-dioxid hasznosítását, ami esetleg az ózonlyuk veszélyes tágulását is megállíthatja. A tudósok azt is remélik, hogy a laboratóriumi eljárás gazdaságosabb alternatívája lehet a hidrogén kinyerésének.