Proces fotosinteze je loše opisan u udžbenicima koji se kod nas koriste. Ovo je serija tekstova u kojima ću pokušati objasniti proces fotosinteze, taj osnovni proces na planeti Zemlji, bez kojeg ne možemo zamisliti ni naše postojanje. Naslov svakog posta je stih iz Lorkine “Romanse mjesečarke” i oni koji znaju tu pjesmu, lako će pratiti nastavke. Za ostale – učite pjesmu i pratite linkove za idući tekst koji se nalaze na kraju svakog teksta. Tekstovi su objavljeni 2015. godina, a ovo je refresh, naročito namijenjen učenicima gimnazija i studentima.

 
Proces fotosinteze jedan je od najkomplikovanijih procesa u prirodi. Bazira se zapravo na kvantnim svojstvima čestica bozona i fermiona, u slučaju fotosinteze konkretno, radi se o osobinama fotona i elektrona.
 

Dakle – fotosintetski tj. autotrofni organizmi (svi oni koji sadrže hlorofil) mogu koristiti fotone koji čine Sunčevu svjetlost (ne zaboravimo – Sunčeva svjetlost je vrsta radijacije, pripada elektromagnetnom spektru, a vidljivi dio elektromagnetnog spektra mi doživljavamo kao boje tj. kao “bijelu svjetlost”) i praktično, od svjetlosti prave hranljive materije. Energija fotona se u fotosintezi pretvara u hemijsku energiju – u potencijalnu energiju hemijske veze. Dakle – pretvaranje kinetičke u potencijalnu energiju.

 

Svake godine, organizmi koji mogu vršiti fotosintezu, proizvedu oko 170 milijardi tona (procjena ugrubo, prema podacima ovdje) karbohidrata. Podijelite to sa brojem stanovnika na Zemlji i dobićete da fotosintetski organizmi proizvedu oko 23.3 tone karbohidrata po osobi godišnje.

 

Prva greška u udžbenicima vezano za fotosintezu jeste to što obično piše kako fotosintezu mogu vršiti samo biljke. Postoje biljke koje to ne mogu, koje nemaju hloroplaste, pa žive tako što parazitiraju. A postoje i mikroorganizmi koji ne pripadaju biljnom carstvu (Plantae), odnosno, nisu čak ni niže biljke (talofite, u koje spadaju alge), a imaju hloroplaste (recimo, protist Euglena) ili čak nemaju hloroplaste, već samo hlorofil (cijanobakterije poznate još pod “nepravilnim” nazivom modrozelene alge – kažem nepravilnom jer to nisu alge, već prokarioti, dok alge spadaju u eukariote). Jednom objasnim na blogu šta su protisti, šta eukarioti, šta prokarioti, jer znam da se narod tu zbuni.

 
Anabaena spiroides nije biljka, nego cijanobakterija, spada u prokariote i može vršiti fotosintezu Photo:Tom Adams
 


Druga problematična stvar jeste to što udžbenici krajnji proizvod fotosinteze nazivaju “šećerima”. Ovo nije netačno, ali pravi malu konfuziju jer svi mi odmah zamišljamo kako biljke pomoću Sunčeve svjetlosti prave nešto slatko. “Šećer” je termin koji mi korisitimo za jedan poseban šećer, za saharozu, disaharid koji se sastoji od jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze. Ipak, ovog šećera ima u obilnim količinama samo u 2 biljke – u šećernoj trsci i šećernoj repi. Ovaj termin,”šećer”, ne budi asocijacije na celulozu, na skrob, na glukozu, laktozu, ribozu, dezoksiribozu, galaktozu, glikogen…

Zato mislim da je bolje da to što biljke proizvedu u fotosintezi nazovemo onako kako treba, pravim imenom. To su ugljikohidrati tj. karbohidrati. Konkretno, ugljikohidrat koji nastane u procesu fotosinteze je glukoza, C6H12O6, kod koje su atomi karbona povezani u prsten, tako da molekula ima oblik šesterokuta.

Atomi karbona u glukozi, njih 6, vode porijeklo od atoma karbona iz karbon-dioksida koje biljke uzimaju iz atmosfere, istog onog kojeg mi i druge životinje izdišemo, ili nastaje truljenjem, izgaranjem fosilnih goriva i na druge načine. Trenutno u atmosferi Zemlje ima oko 0.039882% CO2, a naučnici to još izražavaju kao parts per million (volumenski) – ppm i tako izražena, koncentracija CO2 iznosi 398.82 ppm.
 
Biljke od karbon-dioksida i vode (koju uzimaju pomoću korijenovog sistema iz podloge na kojoj rastu) uz pomoć Sunčeve svjetlosti stvaraju glukozu – C6H12O6 i jedan nus-produkt – kisik, O2.

Sada tu Sunčeva svjetlost izgleda kao ćiribu-ćiriba magični štapić kojim se samo nešto tamo mahne i eto je, stvori se molekula glukoze.

Pa neće moći.

Sad nam treba kvantna fizika. I elektromagnetizam. I Plankova konstanta. I znanje hemije o popunjavanju elektronskih nivoa i šta se može desiti elektronima u posljednjem elektronskom nivou kada ih ekscitira foton. Da, treba još shvatiti i bar osnovu redoks reakcija, procesa oksidacije i redukcije, jer bez toga nema fotosinteze

 
To što se dešava u tilakoidnom membrani hloroplasta za vrijeme fotosinteze je jedan od najfascinantnijih procesa u prirodi. Zato što se tada nešto nevidljivo, kvanti svjetlosti, kako ih je Einstein nazvao, pretvaraju u nešto itekako opipljivo, materijalno. Čista energija se pretvara u materiju. E=mc2.
Ono što izdahnemo može se pretvoriti u list, u stabljiku, u plod. Kada umremo, karbon iz našeg tijela u procesu truljenja (pa dobro, neko možda želi i da bude kremiran, ali opet oslobađa karbon-dioksid) prelazi u atmosferu i neka biljka, miljama daleko, taj karbon može upotrijebiti za fotosintezu. 

Ovaj post je već postao predugačak. Znam da većina vas mora raditi, boriti se za život i nema vremena posvetiti mog blogu više od nekih 5 minuta. Zato ću ovdje prekinuti i nastavljam sutra priču o fotosintezi, ovo je bio samo uvod. Ako nekoga dodatno bude zanimao put atoma karbona, prije nego što postane dijelom molekule glukoze koja nastaje u fotosintezi, toplo preporučujem Primo Levi (drugima poznatiji kao pjesnik, preživjela žrtva Holokausta) i njegovu Carbon story koju možete naći na linku ovdje  ili poslušajte audio na youtube.

Idući tekst: “Zelen vjetar, zelene grane – šta se dešava sa karbon dioksidom u fotosintezi?”