תוֹכֶן
- משוואת פוטוסינתזה
- מקורות מוקדמים לפוטוסינתזה
- מדוע פוטוסינתזה חשובה?
- דרישות מים של צמחים
- צמחים ומים: פרויקטים מדעיים קשורים
הפוטוסינתזה היא תגובה כימית מופלאה ועם זאת פשוטה המתרחשת כאשר צמחים משתמשים באור שמש, מים ופחמן דו חמצני ליצירת מולקולות מזון מלאות אנרגיה. צמחים מושכים מים משורשיהם וסופגים מולקולות של דו תחמוצת הפחמן האטמוספרי כדי לאסוף את החומרים הדרושים לסינתזת הגלוקוז (סוכר).
מים (ח2O) מולקולות מפוצלות ותרומות אלקטרונים למולקולות דו תחמוצת הפחמן כאשר אנרגיית האור מהשמש מומרת לקשרים הכימיים של גלוקוז (סוכר) במהלך פוטוסינתזה.
משוואת פוטוסינתזה
המתכון לגלוקוזה הוא שש מולקולות מים (H2O) פלוס שש מולקולות של פחמן דו חמצני (CO2) בתוספת חשיפה לאור השמש. פוטונים בגלי אור יוזמים תגובה כימית בתא המפרקת את קשרי מולקולות המים והפחמן הדו-חמצני ומארגנת מחדש את אותם מגיבים לגלוקוז וחמצן - תוצר לוואי.
הנוסחה לפוטוסינתזה מתבטאת בדרך כלל כמשוואה:
6 ח2O + 6CO2 + אור שמש → ג6ח12O6 + 6O2
מקורות מוקדמים לפוטוסינתזה
לפני כמעט 3.5 מיליארד שנה שינו-בקטריה שינו את מהלך העולם בעזרת כוחם הפוטוסינתטי להמיר אנרגיית אור וחומרים אורגניים לאנרגיה כימית למזון. לפי מגזין קוונטהמיקרו-אורגניזמים ארכאיים יצרו את התנאים הפלנטריים שהולידו מפל של צמחים מגוונים עם יכולת משותפת לפוטוסינתזה ולשחרור חמצן.
אף על פי שהפרטים עדיין נחקרים ומתלבטים, נראה כי הסתגלות של מרכזים פוטוסינתטיים בצורות החיים המוקדמות, כמו צמחים חד-תאיים ואצות, התפתחה בהתפתחות.
מדוע פוטוסינתזה חשובה?
פוטוסינתזה חיונית לחיים ולקיימות במערכת אקולוגית מאוזנת. אורגניזמים פוטוסינתטיים נמצאים בתחתית רשת המזון, כלומר הם מייצרים באופן ישיר או עקיף אנרגיית מזון עבור אוכלי עשב, אוכלי-טבע, צרכנים משניים ועל-תיכוניים, וטורפי איפקס. כאשר מולקולות מים מתפצלות במהלך התגובה הפוטוסינתטית, נוצרות מולקולות חמצן ומשתחררות למים ולאוויר.
ללא חמצן, החיים לא היו קיימים כפי שהם מתקיימים כיום.
יתר על כן, פוטוסינתזה ממלאת תפקיד חיוני בשקיעת פחמן דו חמצני. התהליך של המרת פחמן דו חמצני לפחמימות נקרא קיבוע פחמן. כאשר מתים אורגניזמים חיים מבוססי פחמן, שרידיהם הקבורים יכולים להידחס, ועם הזמן, לפנות לדלק מאובנים.
דרישות מים של צמחים
מים מסייעים בהובלת מזון וחומרי תזונה בתוך התאים ובין הרקמות כדי לספק הזנה לכל חלקי הצמח החי. שקעים גדולים בתאים מכילים מים המחזקים את הגבעול, מבצרים את דופן התא ומאפשרים אוסמוזה בעלים.
תאים לא מובחנים במריסטם לא יכלו להתמחות כראוי לעלים, פורחים או גבעולים אם התאים ברקמה התייבשו קשה. גבעולים ועלים צונחים כאשר צרכי המים אינם מסופקים, והפוטוסינתזה מאטה.
צמחים ומים: פרויקטים מדעיים קשורים
סטודנטים המעוניינים ללמוד יותר על צמחים ודרישות מים עשויים ליהנות מניסוי בזרעי שעועית מונבטת. שעועית לימה ושעועית מוט גדלים במהירות, מה שהופך אותם למתאימים היטב לפרויקט מדעי צמחי האכלה או להפגנה בכיתה. מורים יכולים לשתול את הזרעים כשבוע לפני שהסטודנטים יתחילו להתנסות בכדי לקבוע אילו גורמים סביבתיים, כגון מים מספקים, משפיעים על צמיחת הצומח.
למשל, שיעור מדע יכול להמשיך לצמוח, להשקות ולמדוד חמש נבטי שעועית או יותר לצד חלון במשך שבועיים או יותר. לצורך השוואה, הם יכלו להכניס משתנים בקבוצות ניסוי של נבטים ולפתח השערה. קבוצות ניסוי של חמישה צמחים ומעלה מומלצות לגודל מדגם גדול יותר.
לדוגמה: