Elusolendite, sealhulgas inimeste olemasolu Maal on võimatu ilma hingamiseta. Keskkonnast hapnikku tarbides hingab inimene välja süsihappegaasi. Teoreetiliselt oleks see elutähtis gaas pidanud lõppema. Õhumassid täienevad nendega aga pidev alt. Selline reaktsioon saab võimalikuks, sest hingamise käigus eraldavad taimed hapnikku O2. Kõik taimed on autotroofid, mis muudavad maakoore keemilised elemendid eluslooduse komponentideks, vabastades hapnikku. Seetõttu oleks ilma nende osaluseta biootilise aine olemasolu Maal küsimärgi all.
Fotosünteesi kontseptsioon ja tegurid
Päikesevalgust tarbides eraldavad taimed fotosünteesi kaudu hapnikku. Samal ajal toodavad nad mitmesuguseid süsinikku sisaldavaid elemente, mida bioloogilised olendid tarbivad.
Flora esindajad sisaldavad pigmenti – klorofülli, mis muudab nad roheliseks. See komponent püüab kinni päikesekiirguse. Tänu sellele toimub taimedes fotosüntees, mis avastati ametlikult 1771. aastal. Mõiste ise tekkishiljem – aastal 1877.
Reaktsiooni käigus on kohustuslik faktor päikesevalguse või klorofülli poolt kunstlikult tekitatud valguse neeldumine. Kõige soodsam alt mõjuvad elusorganismidele aga päikesest lähtuvad looduslikud ultraviolettlained. Parasvöötme laiuskraadidel langeb fotosünteesi aktiveerumine looduskeskkonnas soojale aastaajale, kuna päevavalgustundide pikkus on pikem ning taimedel on ka rohelised võrsed ja lehed, mis sügisel närbuvad.
Selle keeruka transformatsiooni elluviimiseks on lisaks päikesekiirgusele ja klorofüllile vaja CO2, H2O ja mineraalseid elemente., mida ammutatakse peamiselt mullast juurte kaudu.
Rakendamise koht
Fotosüntees toimub taimerakkude sees, väikestes organellides – kloroplastides. Need sisaldavad pigmenti klorofülli, mis annab neile rohelise värvi.
See keeruline ümberkujundamine toimub peamiselt rohelistes lehtedes, aga ka rohelistes puuviljades ja võrsetes. Suurim klorofüllisisaldus on lehtedes, kuna suur ala võimaldab neelata märkimisväärsel hulgal valgust, mistõttu on reaktsiooniks rohkem energiat.
Kuidas protsess on?
Ainete muundamise protsess hapnikku tootvates taimedes on üsna keeruline. Esiteks püüab taim klorofülli abil päikesekiiri. Samas imeb ta oma juurtega mullast vett, mis sisaldab erinevaid mineraale, kulutab õhust ja veest CO2. Klorofüll muudab H2O, mikroelemendid ja CO2 orgaanilisteks ühenditeks. Praegu eraldavad taimed atmosfääri hapnikku ja osa läheb hingama.
Fotosüntees hõlmab kahte üksteisest sõltuvat, kuid täiesti erinevat faasi: valgust ja pimedust. Esimene faas viiakse läbi ainult valguses, ilma milleta on see võimatu. Pimedate jaoks CO2. pidev kohalolek
Valgusfaas
Protsesside rakendamise absoluutne tingimus selles etapis on valguse olemasolu, mis aktiveerib klorofülli. Sel juhul jagab viimane veemolekuli H2 ja O2. Kõik toimub kloroplastide sees, membraaniga piiratud sektsioonides – tülakoidides. Selle tulemusena sünteesitakse orgaaniline ühend ATP, mis on omamoodi energiaallikas bioloogilistes protsessides. Saabub aeg, mil taimed eraldavad hapnikku.
Tume faas
See viiakse läbi kloroplastide stroomas ja seda nimetatakse pimedaks, kuna siin võivad protsessid toimuda ilma valguse juuresolekuta ehk ööpäevaringselt.
Esiteks on kohustuslik pidev süsihappegaasi neeldumine ja sidumine keskkonnast. Seejärel toimub rida transformatsioone, mis lõppevad glükoosi (looduslik suhkur), aminohapete, rasvhapete, glütserooli ja muude oluliste orgaaniliste ühendite moodustumisega. Energia reaktsioonide toimumiseks võetakse valgusfaasis loodud ATP-st ja NADP-H2.
Taimede hingeõhk
Elusaine esindajatena taimed hingavad. Lisaks neelavad ja vabastavad nii O2 kui ka süsinikdioksiidi. Ainult taimedes kulub fotosünteesi käigus CO2 ja vabaneb O2. Tähelepanuväärne on, et hapnikku eraldatakse palju rohkem, kui hingamiseks kulub. Järelikult eraldab taim valguses üldkoguses peamiselt hapnikku, neelates CO2. Samal ajal toimub ka hingamisprotsess, kuid O2 tarbimine ja süsihappegaasi eemaldamine toimub palju väiksemas mahus.
Reeglina imavad taimed pimedas hapnikku ja eraldavad süsihappegaasi ehk hingavad. Iseenesest puudub taimedel hingamissüsteem: nad neelavad hapnikku kogu pinn alt, peamiselt lehtedelt.
Taimed, mis eraldavad pimedas hapnikku
Enamik taimi eraldab valguse käes energeetiliselt hapnikku ja ilma selleta, vastupidi, tarbib seda. Sel põhjusel ei soovitata neid tavaliselt magamistuppa panna. Kuid mõne taime puhul juhtub kõik vastupidi.
Näiteks Kalanchoe, Benjamini ficus ja orhideed annavad dünaamiliselt O2 igal kellaajal. Öösiti hapnikku eraldavate taimede hulka kuulub aaloe, mis muuhulgas desinfitseerib õhku mikroobidest ja tõmbab se alt välja kahjulikke aineid. Tõenäoliselt teavad kõik selle ainulaadse sukulenti kasulikke omadusi.
Keskkonna tugevaim puhastaja on sansevieria, mis aitab tugevdada inimeste immuunsüsteemi. Selle liigi hulka kuulub ka geranium, mis on võimeline hävitama mis tahesbakterid ja isegi mõned viirused. Sellel on antidepressandid: selle lõhn võib leevendada neuroosi, unetust, stressi ja närvipinget.
Fotosünteesi tähtsus meie planeedile
Teadlaste sõnul tekkis planeet Maa Päikese udukogust ja algselt ei olnud selle atmosfääris hapnikku. Sellise elutähtsa gaasi tekkimine oli võimalik just tänu fotosünteesile. Selle tulemusena ilmnes hapniku hingamine, mis on omane peaaegu kõigile elusolenditele. Hapnik aitas kaasa planeedi loomuliku kaitsesüsteemi päikese ultraviolettkiirguse – osoonikihi – tekkele. See asjaolu soodustas evolutsiooni: elusorganismide vabastamine ookeanist maale.
Samuti on väga oluline, et hapnikku tootvad taimed tarbiksid ka atmosfääri süsihappegaasi. Liigne CO2 põhjustab kasvuhooneefekti, mis on halb kliimale ja elusolenditele.
Fotosünteesi puudumisel oleks planeedi atmosfääris CO2 üleküllus. Selle tulemusena ei saaks enamik elusorganisme hingata ja sureks. Fotosüntees määrab Maa atmosfääri kesta gaasi koostise stabiilsuse. Puud on meie planeedi kopsud. Seetõttu on väga oluline kaitsta neid metsade hävitamise ja tulekahjude eest ning istutada asulatesse rohkem taimestikku.
Fotosünteesi kolossaalne väärtus seisneb selles, et lihtsatest mineraalsetest elementidest tekivad mitmesugused orgaanilised ühendid. Selgub, et kõikelu Maal võlgneb oma olemasolu sellele hämmastavale protsessile.
Lisaks sööb taimi tohutult palju loomi. Taimede poolt loodud ja kogunenud orgaanilised ühendid on ka toit ja energiaallikas. Miljardite aastate jooksul on maa sisikonda kogunenud suured orgaanilise aine (nafta, kivisüsi ja muu) lademed.
Inimesed kasutavad fotosünteesi saadusi mitte ainult toidus ja ravis, vaid ka majandustegevuses ehitusmaterjali ja erinevate toorainetena.
