תוֹכֶן
צמחים בדרך כלל מקבלים אשראי על היותם בסיס רשתות המזון. פחות ידועים אך חשובים לא פחות הם אצות, אשר מבצעות גם את המשימה החשובה של שינוי פחמן דו חמצני לחמצן. מפגינים דמויי צמח, אורגניזמים חד תאיים המכילים כלורופלסטים, תורמים בעצמם לשרשרת המזון ולהמרת פחמן דו חמצני לחמצן. מה משותף לאורגניזמים אלה? כולם מבצעים פוטוסינתזה.
תהליך הפוטוסינתזה
תהליך הפוטוסינתזה משתמש באנרגיות השמש כדי לשלב פחמן דו חמצני ומים ליצירת גלוקוז, סוכר. פחמן דו חמצני נכנס לצמחים דרך נקבוביות קטנטנות בתחתית העלים או על ידי דיפוזיה דרך קרומי התא במקרה של אצות ופרוטסטים. מים נכנסים במגוון אמצעים, בדרך כלל שורשים, אך גם על ידי אוסמוזה, המאפשרים מים לעבור דרך קרומי התא. אנרגיית השמש, הנספגת בכלורופיל הכימי הירוק, מזינה את התגובה הכימית המשלבת את מולקולות הפחמן הדו-חמצני עם מולקולות המים ליצירת גלוקוזה, סוג אחד של סוכר ומשחררת חמצן כמוצר פסולת. ניתן לאחסן את הגלוקוז בפירות, שורשים וגבעולים של צמחים ומשתחרר בתהליך ההפוך של הנשימה, שם משתמשים בחמצן כדי לפרק את הגלוקוז לפחמן דו חמצני ומים, ומשחרר את האנרגיה המאוחסנת.
המשוואה לפוטוסינתזה
משוואת הפוטוסינתזה כתובה: 6H2O + 6CO2 → ג6ח12O6 + 6O2 ומוסבר במילים כתגובה של שש מולקולות מים עם שש מולקולות דו תחמוצת הפחמן המניבות מולקולת גלוקוז אחת ושש מולקולות חמצן. שימו לב שמולקולת חמצן אחת מכילה זוג אטומי חמצן.
הגדרת פוטוסינתזה
המילה פוטוסינתזה ממש מתפלגת ל"תצלום "," יוונית ל"אור "ו"סינתזה", מילה יוונית שמשמעותה "קומפוזיציה" או להרכיב אותה. לפיכך, פוטוסינתזה פירושה למעשה להרכיב באמצעות אור. צמחים, אצות ומחסנים דמויי צמחים משתמשים באור שמש כדי להרכיב פחמן דו חמצני ומים לייצור סוכר.
חשיבות הפוטוסינתזה
הסבר כימי לפוטוסינתזה לא מתחיל להעביר את החשיבות של תהליך זה. אטמוספירה קדומה של כדור הארץ, המורכבת מפחמן דו חמצני וגזים אחרים שהופצו מהרי געש, השתנו בהדרגה לאווירה המודרנית עשירה בחמצן על ידי פוטוסינתזציה של אצות כחולות-ירוקות. ההמרה של פחמן דו חמצני ומים לסוכר מספקת מזון לא רק לצמח אלא גם כמעט לכל בעלי החיים. בעוד שצמחים מספקים את מרבית המזון ביבשה, אצות ומחסנים דמויי צמחים מספקים מזון לרוב רשתות המזון המימיות. עם הזמן התפתחו מערכות יחסים תלותיות רבות בין צמחים לבעלי חיים, כמו האבקה של צמחים על ידי חרקים, עופות או עטלפים. אולם בסופו של דבר צמחים רבים היו שורדים ללא בעלי חיים, אך רוב בעלי החיים אינם יכולים לחיות ללא צמחים או אורגניזמים פוטוסינתטיים אחרים.
פוטוסינתזה לעומת כימוסינתזה
קשה להסביר פוטוסינתזה ללא הערה קצרה לגבי הכימוסינתזה. כימוסינתזה משתמשת בתגובות כימיות כדי לשחרר אנרגיה ויוצרת סוכרים. בעוד שלתגובות פוטוסינתטיות יש משוואה אחת בלבד, התגובות הכימוסינטטיות משתנות בהתאם לאורגניזם. תגובה כימוסינתטית אחת, המתבצעת על ידי חיידקים באווירות הידרותרמיות בים עמוק, משלבת מימן גופרתי, חמצן ופחמן דו חמצני ליצירת פורמלדהיד (H-CHO, לפעמים כתוב כ- CH2O) ומשחררים גופרית ומים. חיידקים כימוסינתטיים אחרים מחמצנים מתאן או מפחיתים סולפידים כדי לשחרר אנרגיה. חיידקים כימוסינתטיים מהווים את בסיס שרשרת המזון בקהילות אוקיינוס עמוקות בהן אור השמש אינו חודר. חיידקים כימוסינתטיים מופיעים גם בכמה מעיינות חמים ביבשה.