Fotosynteza: co to jest, jak przebiega i jakie ma znaczenie

Fotosynteza to proces, w którym rośliny, glony i sinice zamieniają energię światła, wodę i dwutlenek węgla w cukier oraz tlen. To dzięki niej rośliny same wytwarzają sobie pożywienie, a przy okazji uwalniają tlen, którym oddycha niemal wszystko, co żyje na Ziemi. Bez tego jednego procesu nie byłoby ani jedzenia, ani powietrza, jakie znamy.

W tym artykule wyjaśniamy prostymi słowami, na czym polega fotosynteza, jak zapisać jej równanie, gdzie dokładnie zachodzi w roślinie i czym różni się faza jasna od ciemnej. Pokazujemy też, co przyspiesza ten proces, czym różni się od oddychania i dlaczego jest tak ważny dla całej przyrody.

Co to jest fotosynteza. Prosta definicja

Zwierzęta i ludzie muszą jeść, żeby zdobyć energię. Rośliny mają inną strategię: potrafią wyprodukować pokarm same, z prostych składników i światła. Właśnie ta umiejętność to fotosynteza.

Do przeprowadzenia tego procesu roślina potrzebuje trzech rzeczy. Pierwsza to światło, najczęściej słoneczne. Druga to woda, którą korzenie pobierają z gleby. Trzecia to dwutlenek węgla, czyli gaz obecny w powietrzu, który wnika do liścia przez maleńkie otworki zwane aparatami szparkowymi. Z tych składników roślina buduje glukozę, prosty cukier, który jest dla niej zarazem paliwem i materiałem budulcowym. Produktem, który przy tym powstaje i zostaje uwolniony do powietrza, jest tlen.

Samo słowo pochodzi z języka greckiego i dosłownie znaczy składanie za pomocą światła. Trudno o lepszą nazwę, bo światło naprawdę pełni tu rolę energii, która skleja proste cząsteczki w cukier.

Równanie fotosyntezy i schemat procesu

Cały proces da się zapisać jednym uproszczonym równaniem, które warto zapamiętać. Słowami brzmi ono tak: dwutlenek węgla plus woda plus energia świetlna dają glukozę plus tlen. W zapisie symbolami chemicznymi wygląda następująco: 6 CO2 plus 6 H2O plus energia świetlna dają C6H12O6 plus 6 O2.

To równanie mówi wszystko, co najważniejsze. Po lewej stronie są substraty, czyli składniki wejściowe, które roślina pobiera z otoczenia. Po prawej stronie są produkty: cukier, który zostaje w roślinie, oraz tlen, który wędruje do powietrza. Poniższy schemat pokazuje to jeszcze wyraźniej, jako drogę od tego, co wchodzi do rośliny, do tego, co z niej wychodzi.

Gdzie zachodzi fotosynteza

Fotosynteza odbywa się głównie w liściach, choć może przebiegać w każdej zielonej części rośliny. Sercem całego procesu są maleńkie struktury wewnątrz komórek roślinnych, zwane chloroplastami. To w nich mieści się chlorofil, zielony barwnik, bez którego fotosynteza w ogóle by się nie zaczęła.

Chlorofil działa jak antena wyłapująca energię słońca. Pochłania światło czerwone i niebieskie, a odbija zielone. I właśnie to odbite zielone światło trafia do naszych oczu, dlatego liście widzimy jako zielone. Kolor liścia to więc bezpośredni ślad procesu, który w nim zachodzi.

Ponieważ do fotosyntezy potrzebne jest światło, proces ten przebiega najintensywniej w ciągu dnia.

Faza jasna i faza ciemna fotosyntezy

Fotosynteza nie jest pojedynczym zdarzeniem, lecz ciągiem reakcji, który dzielimy na dwa etapy: fazę jasną i fazę ciemną.

Faza jasna zależy bezpośrednio od światła i zachodzi w częściach chloroplastu zwanych granami. To w niej energia świetlna zostaje przechwycona i zamieniona na energię chemiczną, gromadzoną w specjalnych nośnikach. W tym samym etapie woda ulega rozłożeniu, a jednym z jego produktów jest tlen, który roślina wydziela na zewnątrz. Można powiedzieć, że faza jasna to część, w której światło zostaje spakowane w wygodną do użycia energię.

Faza ciemna zachodzi w innej części chloroplastu, zwanej stromą, i nie potrzebuje bezpośrednio światła. Wykorzystuje energię zgromadzoną wcześniej do tego, by z dwutlenku węgla zbudować cukry.

Tu pojawia się pułapka, na której potyka się wielu uczniów. Nazwa faza ciemna wcale nie znaczy, że zachodzi ona w ciemności ani tylko w nocy. Oznacza jedynie, że ten etap nie wymaga bezpośrednio światła. W praktyce obie fazy przebiegają zwykle za dnia, jedna po drugiej.

Co powstaje w fotosyntezie

Najważniejszym produktem, z punktu widzenia samej rośliny, jest glukoza. To cukier prosty, z którego roślina czerpie energię, a także buduje bardziej złożone substancje: skrobię, którą magazynuje na zapas, celulozę, z której powstają ściany komórek, czy tłuszcze.

Drugim produktem jest tlen. Dla rośliny to w pewnym sensie odpad, produkt uboczny rozkładu wody. Ale dla nas, ludzi, i dla zwierząt to właśnie tlen jest najcenniejszy, bo bez niego nie moglibyśmy oddychać. W ten sposób rośliny, produkując własne jedzenie, przy okazji utrzymują przy życiu resztę świata.

Co wpływa na tempo fotosyntezy

Fotosynteza nie zawsze biegnie z tą samą prędkością. Jej tempo zależy od kilku czynników, które warto znać, bo często pojawiają się w zadaniach.

Najważniejsze z nich to:

• natężenie światła, bo im więcej światła, tym intensywniej przebiega proces, ale tylko do pewnej granicy, po której dalsze zwiększanie nie daje już efektu,
• ilość dwutlenku węgla w powietrzu, bo gdy jest go więcej, roślina może wytworzyć więcej cukru,
• temperatura, bo fotosynteza działa najlepiej w umiarkowanym cieple, a przy zbyt niskiej lub zbyt wysokiej zwalnia,
• dostęp do wody, bo woda jest jednym ze składników procesu.

Gdy brakuje choćby jednego z tych elementów, fotosynteza słabnie, a roślina rośnie wolniej. Ogrodnicy dobrze o tym wiedzą i dlatego w szklarniach sterują światłem, temperaturą i nawadnianiem.

Fotosynteza a oddychanie komórkowe

Fotosyntezę łatwo pomylić z oddychaniem, bo w pewnym sensie są to procesy przeciwne.

W fotosyntezie roślina pobiera dwutlenek węgla i wodę, a wydziela tlen i wytwarza cukier. W oddychaniu komórkowym dzieje się dokładnie odwrotnie: organizm zużywa tlen i cukier, a wydziela dwutlenek węgla i wodę, uwalniając przy tym energię potrzebną do życia.

Warto zapamiętać jedną rzecz, która często umyka. Rośliny prowadzą oba te procesy naraz. Oddychają przez całą dobę, tak samo jak zwierzęta, a fotosyntezę prowadzą tylko wtedy, gdy mają światło. W ciągu dnia fotosynteza jest zwykle znacznie intensywniejsza od oddychania, dlatego w bilansie roślina oddaje więcej tlenu, niż sama zużywa.

Kto odkrył fotosyntezę

Zrozumienie fotosyntezy zajęło uczonym wiele lat. Przełomu dokonał w XVIII wieku holenderski lekarz Jan Ingenhousz, który zauważył, że rośliny oczyszczają powietrze tylko w świetle, a w ciemności zachowują się inaczej. To on powiązał wydzielanie tlenu przez rośliny z obecnością światła.

Później kolejni badacze uzupełniali ten obraz, odkrywając rolę dwutlenku węgla, wody i zielonego barwnika. Dziś wiemy, że fotosynteza to jeden z najważniejszych procesów na naszej planecie, a jego zrozumienie było wielkim krokiem w rozwoju biologii.

Dlaczego fotosynteza jest ważna

Trudno przecenić rolę fotosyntezy, bo dotyka ona niemal każdego aspektu życia na Ziemi.

Po pierwsze, dostarcza tlen, którym oddychają ludzie, zwierzęta i same rośliny. Po drugie, wytwarza związki organiczne, czyli pokarm, który stoi na początku niemal każdego łańcucha pokarmowego: roślinożercy jedzą rośliny, drapieżniki jedzą roślinożerców, więc pośrednio wszyscy korzystają z cukru wyprodukowanego przez rośliny. Po trzecie, fotosynteza pochłania dwutlenek węgla z powietrza, co ma znaczenie także dla klimatu.

Bez fotosyntezy życie na Ziemi w obecnej formie po prostu nie mogłoby istnieć. To ona łączy energię słońca ze światem żywych organizmów.

Najczęstsze pytania (FAQ)