ΘΕΜΑ: «Ήλιος: Πηγή Ενέργειας και Ζωής» ΥΠΟΘΕΜΑ: «Η Φωτοσύνθεση και πώς συμβάλλει στην ζωή μας»

Transcript

1 9ο ΓΕΛ Πατρών Σχολικό Έτος: Τάξη: Α Β Τετράμηνο ΕΚΘΕΣΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΘΕΜΑ: «Ήλιος: Πηγή Ενέργειας και Ζωής» ΥΠΟΘΕΜΑ: «Η Φωτοσύνθεση και πώς συμβάλλει στην ζωή μας» Ερευνητική ομάδα «Sun Energy»: Κουνιάκη Νίκη Μαυρούλια Παρασκευή Τιμπιλής Κωνσταντίνος Φαρμάκη Σοφία Επιβλέποντες καθηγητές: Αναστασόπουλος Δ. και Κάππας Δ.

2 Πάτρα, Απρίλιος

3 Πίνακας Περιεχομένων 1. Ευχαριστίες Περίληψη 4 3. Πρόλογος 5 4. Εισαγωγή 6 5. Κυρίως Μέρος 7 6. Συμπεράσματα & Αναστοχασμός Επίλογος Βιβλιογραφία 14 3

4 Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους όσους βοήθησαν για την σύνταξη της ακόλουθης εργασίας. Αρχικά, τον κύριο Αναστασόπουλο για την βοήθεια για την σύνταξη της ερευνητικής έκθεσης και το ενδιαφέρον του για την ολοκλήρωσή της. Έπειτα, τον κύριο Κάππα για την συνεισφορά του κατά την διάρκεια της ερευνητικής εργασίας. Τέλος, το σχολείο για τον εξοπλισμό που μας παραχωρήθηκε. 4

5 Περίληψη Στην παρούσα έρευνα εξετάζεται η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, μιας σημαντικής μεταβολικής διαδικασίας κατά την οποία η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. Διερευνήθηκε αναλυτικά η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, οι φάσεις που αυτή περιλαμβάνει, οι οργανισμοί στους οποίους απαντάται, οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή της και η συμβολή της στη ζωή. Σκοπός της εργασίας ήταν οι επιστημονικά ορθές απαντήσεις αυτών των ερωτημάτων γύρω από τη φωτοσύνθεση. Έτσι, πραγματοποιήθηκε μια βιβλιογραφική έρευνα (μέσω του διαδικτύου και διάφορων βιβλίων και εγκυκλοπαιδειών), η οποία περιλαμβάνει σε βάθος ανάλυση την έννοια της φωτοσύνθεσης, την ωφέλειά της για την ύπαρξη της ζωής και κατά πόσο σημαντική μεταβολική πορεία αποτελεί για τη βιόσφαιρα. Ωστόσο, μέσω της διεξοδικής έρευνας προέκυψε ότι η φωτοσύνθεση είναι αναγκαία για τη ζωή στον πλανήτη αφού χάρις σε αυτή παράγεται οξυγόνο, υδρογόνο και ενέργεια. Επιπλέον, αποτελεί μια από τις λειτουργίες που προϋποθέτει την ύπαρξη της ζωής, καθώς όλοι οι οργανισμοί της τροφικής πυραμίδας εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τη φωτοσύνθεση. Καταλήγοντας, όλοι αντιλαμβανόμαστε τη σημασία της φωτοσύνθεσης, η οποία αναδύεται από την ανάγκη του πράσινου σε όλο τον πλανήτη και μιας ζωής κοντά σ αυτό.

6 Πρόλογος Η ζωή στον πλανήτη μας, εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, στηρίζεται στην ενέργεια που παράγεται από τον Ήλιο. Συγκεκριμένα, από την ενέργεια αυτή ένα πολύ μικρό μέρος παγιδεύεται από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Η φωτεινή ενέργεια που συγκρατείται μετατρέπεται σε χημική και στη συνέχεια αποθηκεύεται σε οργανικά μόρια, τα οποία παράγουν οι οργανισμοί αυτοί μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Το θέμα επιλέχθηκε με κριτήριο ότι μέσω της φωτεινής ενέργειας του ήλιου πραγματοποιείται μια διαδικασία τόσο σημαντική, όχι μόνο για την ανθρώπινη ζωή, αλλά για όλους τους οργανισμούς του πλανήτη Γη. Η φωτοσύνθεση αποτελεί «διαχρονική» πηγή ενέργειας και οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί αποτέλεσαν πάντα πηγή ζωής για τον πλανήτη μας, αφού μέχρι σήμερα τα υλικά που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος για να εξασφαλίσει ενέργεια, προέρχονται κυρίως από τις φωτοσυνθετικές διαδικασίες. Διερευνήσαμε διεξοδικά τη φωτοσύνθεση και ερωτήματα που την αφορούν όπως ποιες είναι οι φάσεις της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, σε ποιους οργανισμούς αυτή συμβαίνει, ποιες προϋποθέσεις απαιτούνται για τη διεξαγωγή της και κατά πόσο η φωτοσύνθεση συμβάλλει στις ζωές μας. Το έργο μας διευκολύνθηκε από την αποτελεσματική έρευνα που διεξήχθη για την απάντηση αυτών των ερωτημάτων που αναδεικνύουν τη σημασία της φωτοσύνθεσης, ενός φλέγοντος θέματος για τον πλανήτη. Το υλικό που συγκεντρώθηκε από τη βιβλιογραφία (εγκυκλοπαίδειες και σχολικά βιβλία) και το διαδίκτυο επεξεργάστηκε στο σχολείο από τα μέλη της ομάδας μας. Σε αυτό συνέβαλλε το ζεστό και φιλικό εργασιακό περιβάλλον που δημιουργήθηκε από τον καθηγητή και τους υπόλοιπους συμμαθητές μας. Έγινε επιμερισμός του υλικού στα άτομα της τετραμελούς μας ομάδας και συστηματική καταγραφή των πιο σημαντικών σημείων για την έρευνα. Ο συντονιστής της ομάδας έδινε συγκεκριμένες οδηγίες και κατευθύνσεις στα υπόλοιπα μέλη με την παράλληλη βοήθεια του καθηγητή μας. Ουσιαστικές διαφωνίες δεν υπήρξαν, το έργο μας ήταν δημιουργικό και ευχάριστο και μέσω της υπογραφής του συμβολαίου μας απαιτήθηκε συνεργασία και ομαδικότητα, πράγμα που τηρήθηκε χωρίς ιδιαίτερες παρεμβολές. Όλα τα μέλη ενδιαφέρθηκαν για την έρευνα μας και αυτό που τους κίνησε την περιέργεια ήταν πως χάρις σε μια διαδικασία όπως η φωτοσύνθεση, καλύπτονται όλες οι ενεργειακές ανάγκες και διατηρείται η ζωή στον πλανήτη εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Μέσω της έρευνας, η ομάδα οδηγήθηκε στην πλήρη καταγραφή των συμπερασμάτων, όπου αντικατοπτρίστηκε η συμβολή της φωτοσύνθεσης στην ανθρώπινη ζωή. 6

7 Εισαγωγή Ορισμός Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε χημική. Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις, κυρίως υδατάνθρακες. Ιστορική εξέλιξη Οι πρώτες παρατηρήσεις του φαινομένου της φωτοσύνθεσης έγιναν από τον Τζόζεφ Πρίστλεϊ, το Αυτός πρώτος παρατήρησε ότι τα πράσινα φυτά καθάριζαν τον αέρα που είχε μολυνθεί από την αναπνοή των ζώων. Τις παρατηρήσεις του Πρίστλεϊ συνέχισε ο Ολλανδός γιατρός Ινκενχάους. Ο Νικολά ντε Σωσύρ απέδειξε, το 1804, ότι το βάρος του οξυγόνου, που έχει αποβληθεί μαζί με το βάρος του φυτού μετά τη φωτοσύνθεση, είναι μεγαλύτερο από το βάρος του διοξειδίου του άνθρακα που απορροφήθηκε. Κατά τον 20ό αι. το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης μελετήθηκε από κάθε πλευρά (βιοχημική, χημική, φυσιολογική κ.λπ.). Το 1941 για πρώτη φορά έγιναν πειράματα με ραδιενεργά ισότοπα και διερευνήθηκε η πολύπλοκη σειρά που ακολουθούν οι διάφορες αντιδράσεις. Η εργασία της ομάδας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης καθώς και για τη συμβολή της στη ζωή είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται ενέργεια για να μπορέσουν να αναπτυχθούν. Τα ζώα παίρνουν την ενέργεια που χρειάζονται τρώγοντας άλλους οργανισμούς. Τα φυτά όμως συνθέτουν τα ίδια την τροφή τους. Η διαδικασία με την οποία τα φυτά συνθέτουν την τροφή τους είναι η φωτοσύνθεση. Παράλληλα, στο κύριο μέρος της ερευνητικής έκθεσης, αναλύεται διεξοδικά η έννοια της φωτοσύνθεσης με τις φάσεις που περιλαμβάνει καθώς και οι προϋποθέσεις που απαιτούνται για να πραγματοποιηθεί. Για τη διαδικασία αυτή είναι απαραίτητο το φως του Ήλιου και μια ειδική χρωστική ουσία που βρίσκεται στα φύλλα και λέγεται χλωροφύλλη. Έτσι καταλαβαίνουμε ότι η φωτοσύνθεση γίνεται μόνο στα πράσινα μέρη του φυτού, δηλαδή στα φύλλα, αφού εκεί βρίσκεται η χλωροφύλλη. Η δομή της ερευνητικής έκθεσης είναι ξεκάθαρα διατυπωμένη ώστε να διευκολύνει τους αναγνώστες κατά τη διάρκεια της μελέτης. Αρχικά, γίνεται μια περίληψη, η οποία περιλαμβάνει συνοπτικά το περιεχόμενο της εργασίας καθώς και ο πρόλογος με την εισαγωγή που προϊδεάζουν τον αναγνώστη γι αυτό που θα ακολουθήσει. Το κυρίως μέρος της ερευνητικής έκθεσης αποτελείται από 5 συνολικά μέρη. Πρώτον, οι στόχοι που οδήγησαν την ομάδα στην επιλογή του θέματος, έπειτα τα ερευνητικά εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν και τα ερευνητικά ερωτήματα που απαντήθηκαν και στη συνέχεια τα αποτελέσματα της εργασίας. Εν κατακλείδι, η έκθεση ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα που προέκυψαν μέσω της έρευνας και τον επίλογο για ένα όμορφο κλείσιμο. 7

8 Κυρίως Μέρος Φωτοσύνθεση Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν την φωτεινή ενέργεια σε χημική. Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις, κυρίως υδατάνθρακες και γλυκόζη. Οι οργανικές αυτές ουσίες είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή τους. Είναι εύκολο να αντιληφτούμε την τεράστια σημασία των φυτών στην επιβίωση των ζωντανών οργανισμών. Ο μηχανισμός της φωτοσύνθεσης σε γενικές γραμμές σήμερα είναι ο ακόλουθος: το νερό διαλύει και μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα μέχρι τα κύτταρα και τους χλωροπλάστες των φύλλων. Εκεί με την ενέργεια του φωτός που απορροφά η χλωροφύλλη, διασπάται το νερό στα στοιχεία του. Το οξυγόνο απελευθερώνεται, ενώ το υδρογόνο δεσμεύεται από διάφορα ένζυμα. Έπειτα το υδρογόνο οδηγείται στις αντιδράσεις με το διοξείδιο του άνθρακα. Η πρώτη παρατήρηση αυτού του φαινόμενου έγινε το 1771 από τον Πρίστλεϊ. Αυτός πρώτος παρατήρησε ότι τα πράσινα φυτά καθάριζαν τον αέρα που είχε μολυνθεί από την αναπνοή των ζώων. Όσο για το ποσό του οξυγόνου που καταναλώνουν τα ίδια τα φυτά με τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, αυτό είναι πολύ λιγότερο από αυτό που παράγουν με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Ειδικότερα, το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται σχεδόν σε όλα τα πράσινα φυτά και οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα τον μετασχηματισμό της ηλιακής ενέργειας σε χημική. Φωτοσύνθεση επιτελείται επίσης και από άλλους αυτότροφους οργανισμούς, όπως τα φύκη και ορισμένα βακτήρια, κυρίως κυανοβακτήρια. Η δέσμευση του ηλιακού φωτός γίνεται με τη βοήθεια της χλωροφύλλης ή αντίστοιχων φωτοσυνθετικών χρωστικών. Με τη φωτοσύνθεση απλές ανόργανες ενώσεις, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το οποίο προσλαμβάνεται από το έδαφος, μετατρέπονται σε πολύπλοκες οργανικές ενώσεις (κυρίως γλυκόζη), απαραίτητες για τα φυτά. Επιπλέον, κατά τη φωτοσύνθεση δημιουργείται επίσης οξυγόνο (O2) το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης επιτελείται σε ιδιαίτερα οργανίδια των φυτών, τους χλωροπλάστες, και περιλαμβάνει δύο διακριτές ομάδες αντιδράσεων: αυτές που η διεξαγωγή τους εξαρτάται από την ύπαρξη του φωτός (φωτεινές αντιδράσεις) και αυτές που συντελούνται ακόμα και απουσία φωτός (σκοτεινές αντιδράσεις). Στις φωτεινές αντιδράσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται στα grana των χλωροπλαστών, παράγεται ενέργεια με τη μορφή του ATP και συντελείται η διάσπαση του νερού (φωτόλυση) σε οξυγόνο και υδρογόνο. Το οξυγόνο ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το υδρογόνο μετατρέπεται στο μόριο NADPH, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί στην επόμενη φάση. Στις σκοτεινές αντιδράσεις γίνεται η δέσμευση του CO2 από την ατμόσφαιρα και, στη συνέχεια, με τη βοήθεια των μορίων NADPH και ATP, παράγεται γλυκόζη και άλλες οργανικές ουσίες. Τελικά μέσω της φωτοσύνθεσης, ο άνθρακας που προέρχεται από μια ανόργανη ουσία, το CO2, ενσωματώνεται σε μια οργανική ένωση, τη γλυκόζη. Η γλυκόζη χρησιμοποιείται από το φυτό για τη σύνθεση όλων των απαραιτήτων οργανικών ουσιών (υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λιπίδια), που αποτελούν τα δομικά και λειτουργικά συστατικά του, ενώ η περίσσειά της μετασχηματίζεται σε άμυλο, το 8

9 οποίο παραμένει στο φυτό ως απόθεμα. Επιπλέον, η παραγόμενη γλυκόζη χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας μέσω της διαδικασίας της κυτταρικής αναπνοής. Η φωτοσύνθεση αποτελεί μία από τις πιο σημαντικές μεταβολικές διαδικασίες, από την οποία εξαρτώνται όλοι οι οργανισμοί πάνω στον πλανήτη. Οι οργανικές ενώσεις που παράγονται από τη φωτοσύνθεση, εκτός από τη μεγάλη χρησιμότητά τους για τα ίδια τα φυτά, αποτελούν αναντικατάστατη πηγή θρεπτικών ουσιών για τους φυτοφάγους αλλά και -έμμεσα- για τους σαρκοφάγους οργανισμούς. Επιπλέον, το οξυγόνο που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα αποτελεί πηγή για όλους τους οργανισμούς. Εκτός από το οξυγόνο, τα φυτά ελκύουν και διοξείδιο του άνθρακα, λόγω της διαδικασίας της αναπνοής. Την ημέρα η ποσότητα του οξυγόνου που εκλύεται είναι μεγαλύτερη από αυτήν του διοξειδίου του άνθρακα, ενώ τη νύχτα που δεν υπάρχει ηλιακό φως, και επομένως δεν συντελείται φωτοσύνθεση, τα φυτά εκλύουν στον αέρα μόνο διοξείδιο του άνθρακα. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης γίνεται σε δυο στάδια. 1. Κατά το πρώτο στάδιο τα μόρια της χλωροφύλλης απορροφούν φωτεινή ενέργεια, ενεργοποιούνται και αποβάλλουν ηλεκτρόνια, ιονίζονται. Ένα μέρος της ενέργειας των ενεργοποιημένων μορίων της χλωροφύλλης χρησιμοποιείται για να διασπαστούν μόρια του νερού σε Ο2 και Η2 (οξυγόνο και υδρογόνο). Η διαδικασία αυτή λέγεται φωτόλυση. Το Ο2 Ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα και το Η2 δεσμεύεται στους χλωροπλάστες. 2. Κατά το δεύτερο στάδιο με μια σειρά χημικών ενώσεων παράγεται γλυκόζη, η οποία μεταφέρεται σε όλα τα μέρη του φυτού. Γενικά η φωτοσύνθεση είναι μια ενδόθερμη λειτουργία των αυτότροφων οργανισμών κατά την οποία η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. Λαμβάνει χώρα στους χλωροπλάστες και παράγονται θρεπτικά υλικά. Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης Η φωτοσύνθεση είναι ίσως η πιο σημαντική βιοχημική διαδικασία που γίνεται πάνω στη γη. Εκτός από κάποιες εξαιρέσεις, όλη η ενέργεια για τη ζωή και την ανθρώπινη τεχνολογία έρχεται από τον ήλιο. Η ενέργεια κινείται μέσα από τις τροφικές αλυσίδες από τον ένα ζωντανό οργανισμό 9

10 στον άλλο. Το πρώτο βήμα είναι πάντοτε η φωτοσύνθεση, όπου η ακτινοβολία του ήλιου η οποία έρχεται στη γη κάθε μέρα, μετατρέπεται σε μόρια υδατάνθρακα. Αυτοί οι υδατάνθρακες χρησιμοποιούνται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς ως καύσιμο για ενέργεια, και ως βάση για να δημιουργήσουν άλλα μόρια από μόνοι τους Προϋποθέσεις για την φωτοσύνθεση Α. Διοξείδιο του άνθρακα CO2 Είναι ο παράγοντας που επηρεάζει (επιβραδύνει) περισσότερο την φωτοσύνθεση από οποιονδήποτε άλλον και χαρακτηρίζεται ως καθοριστικός. Το CΟ2 προσφέρει τον άνθρακα για την σύνθεση των οργανικών ενώσεων. Β. Νερό Δεν είναι καθοριστικός παράγοντας στη φωτοσύνθεση, γιατί η ελάττωσή του προκαλεί άλλα λειτουργικά προβλήματα στα φυτά πριν επηρεάσει τη φωτοσύνθεση. Προσφέρει το υδρογόνο για την αναγωγή του CO2 σε οργανικές ενώσεις και το οξυγόνο στο περιβάλλον σαν παραπροϊόν της φωτοσύνθεσης. Γ. Φως Από το φως που πέφτει σε ένα φυτό μόνο το 1 % δεσμεύεται και χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση. Προσφέρει την ενέργεια για την σύνθεση οργανικών ουσιών από το CO2. Δ. Χλωροφύλλη Ε. Θερμοκρασία Η φωτοσύνθεση είναι μια χημική ενζυιμική ένωση. Για αυτό υπάρχει μια ιδανική θερμοκρασία για να λάβει χώρα, περίπου 30 βαθμοί Κελσίου. Το πρώτο στάδιο της φωτοσύνθεσης δεν επηρεάζεται από τις αλλαγές της θερμοκρασίας για αυτό και σε χαμηλές εντάσεις φωτός η θερμοκρασία δεν είναι περιοριστικός παράγοντας. ΣΤ. Ένζυμα Όλα τα βήματα της φωτοσύνθεσης καταλύονται από ένζυμα. Συνεπώς οι παράγοντες που επηρεάζουν την λειτουργία των ενζύμων επηρεάζουν και τη φωτοσύνθεση. Χλωροφύλλη Υπάρχουν δύο τύποι χλωροφύλλης. Η χλωροφύλλη α απαντάται σε όλους τους φωτοσυνθετούντες οργανισμούς που παράγουν Ο2. Είναι κυανοπράσινη σε διάλυμα και κυανόμαυρη σε στερεά κατάσταση. Η χλωροφύλλη β απαντάται στα ανώτερα φυτά και πράσινα φύκη. Είναι κιτρινοπράσινη σε διάλυμα και πρασινόμαυρη σε στερεά κατάσταση. Η α απορροφά το κόκκινο χρώμα και η β το ιώδες. Η χλωροφύλλη είναι αποθηκευμένη στους χλωροπλάστες. Απορροφά ορισμένες ακτίνες του ηλιακού φωτός και μετατρέπει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του σε χημική ενέργεια. Συνδέεται με άλλου είδους χρωστικές που απορροφούν ηλιακή ενέργεια και την μεταφέρουν στην χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη σε ακραίες περιπτώσεις γίνεται περιοριστικός παράγοντας της φωτοσύνθεσης, π.χ. στη χλώρωση των φυτών, όπου χάνουν την χλωροφύλλη τους όταν αναπτύσσονται σε σκοτάδι ή όταν τους λείπουν βασικά χημικά συστατικά. Έχει επίσης αντιαναιμικές και επουλωτικές ιδιότητες που βρίσκουν εφαρμογή στην ιατρική. Συν τοις άλλοις χρησιμοποιείται για την παρασκευή οδοντόπαστων, αποσμητικών και για το χρωματισμό των τροφίμων. 10

11 Μηχανισμός φωτοσύνθεσης Σήμερα εν γένει γίνεται δεκτό ότι ο μηχανισμός της φωτοσύνθεσης είναι ο ακόλουθος: Το νερό διαλύει και μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα μέχρι τα κύτταρα και τους χλωροπλάστες των φύλλων. Εκεί, με την ενέργεια του φωτός (hν) που απορροφά η φωτοδεσμευτική ουσία (συνήθως η χλωροφύλλη, αλλά υπάρχουν και άλλες φωτοδεσμευτικές ουσίες, όπως η ξανθοφύλλη, η φυκοερυθρίνη, η φυκοκυανίνη κτλ., οι οποίες δεν έχουν πράσινο χρώμα) διασπάται το νερό (φωτόλυση) στα στοιχεία του: Η2Ο + hν [Η] + 1/2 Ο2. Το οξυγόνο απελευθερώνεται στο περιβάλλον, ενώ το ατομικό υδρογόνο δεσμεύεται από διάφορα ένζυμα (NADP). Με τη βοήθεια αυτών των ενζύμων το υδρογόνο οδηγείται στις αντιδράσεις με το διοξείδιο του άνθρακα: CΟ2+[Η2] (CΗ2ΟH)χ. Στο δεύτερο αυτό στάδιο αντιδράσεων δεν απαιτείται ηλιακή ενέργεια, γι' αυτό οι αντιδράσεις αυτές ονομάζονται "σκοτεινές". Η βασική ουσία που παράγεται είναι η γλυκόζη, η οποία, προκειμένου να αποθηκευθεί, μετατρέπεται στο πολυμερές της άμυλο. Αυτό μεταφέρεται σε άλλες θέσεις του φυτού κατά τη νύχτα, όταν σταματά το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης. Εκτός από τα ανώτερα πράσινα φυτά, υπάρχουν και κατώτεροι οργανισμοί που είναι ικανοί να φωτοσυνθέτουν, όπως ορισμένα πρώτιστα, π.χ. η Ευγλήνη η πρασίνη (Euglena viridis) και σχεδόν όλα τα φύκη. Επίσης υπάρχουν και ορισμένα βακτήρια, όπως σιδηροβακτήρια, θειοβακτήρια κ.λπ., που χωρίς χλωροφύλλη (αλλά με άλλες φωτοδεσμευτικές ουσίες, όπως η βακτηριοχλωροφύλλη), είναι ικανά να δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας και να συνθέτουν οργανικές ουσίες. Οι λειτουργίες τους ονομάζονται χημειοσύνθεση και φωτοχημειοσύνθεση. Η χημική αντίδραση της φωτοσύνθεσης Η χημική αντίδραση της φωτοσύνθεσης, λεγόμενη και αντίδραση φωτοσύνθεσης είναι: 6CΟ2 + 12Η2Ο C6Η12Ο6 + 6O2 + 6Η2Ο θερμίδες. Η παρά πάνω αντίδραση μπορεί ασφαλώς να απλοποιηθεί από χημικής πλευράς. Από βιοχημικής όμως αυτό δεν είναι ορθό, επειδή η απλοποιημένη αντίδραση θα έδειχνε ότι το ελεύθερο οξυγόνο θα προερχόταν εξ ημισείας από το CO2 και το Η2Ο ενώ, όπως θα δούμε, το οξυγόνο προέρχεται αποκλειστικά από την φωτόλυση του Η2Ο. Στην πραγματικότητα όμως η φωτοσύνθεση γίνεται σε στάδια και με μια σειρά πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων, που συνοψίζονται στο πιο πάνω σχήμα. Το σημείο του κυττάρου, όπου γίνονται οι αντιδράσεις αυτές, είναι οι χλωροπλάστες. 11

12 Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται ενέργεια για να μπορέσουν να αναπτυχθούν. Τα ζώα παίρνουν την ενέργεια που χρειάζονται τρώγοντας άλλους οργανισμούς. Τα φυτά όμως συνθέτουν τα ίδια την τροφή τους. Η διαδικασία με την οποία τα φυτά συνθέτουν την τροφή τους είναι η φωτοσύνθεση. Για τη διαδικασία αυτή είναι απαραίτητο το φως του Ήλιου και μια ειδική χρωστική ουσία που βρίσκεται στα φύλλα και λέγεται χλωροφύλλη. Έτσι καταλαβαίνουμε ότι η φωτοσύνθεση γίνεται μόνο στα πράσινα μέρη του φυτού, δηλαδή στα φύλλα, αφού εκεί βρίσκεται η χλωροφύλλη (χλωροπλάστες). Αλλά ας δούμε αναλυτικά το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης: Τα φύλλα απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα, όπως και νερό στις ρίζες από το έδαφος και με το βλαστό φτάνει σε όλα τα μέρη του φυτού. Στα φύλλα παράγεται η γλυκόζη. Η ενέργεια που χρειάζεται το φυτό για να συνθέσει γλυκόζη, προέρχεται από το φως του ήλιου. Δηλαδή μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική, αφού η γλυκόζη περιέχει χημική ενέργεια. Δηλαδή τα φυτά είναι μετατροπείς ενέργειας! Από τη γλυκόζη παράγεται το άμυλο που είναι η τροφή των φυτών. Το άμυλο από τα φύλλα μεταφέρεται σε όλα τα μέρη του φυτού. Κατά τη φωτοσύνθεση από τα φύλλα απελευθερώνεται οξυγόνο στο περιβάλλον. Να λοιπόν γιατί ονομάστηκαν τα δάση, "ο πνεύμονας της Γης". Για το λόγο αυτό είναι σημαντικό να προστατεύουμε το πράσινο. Η σημασία της φωτοσύνθεσης Η φωτοσύνθεση είναι η σημαντικότερη φυσικοχημική διαδικασία του πλανήτη μας. Χάρις σε αυτή μετατρέπεται η ανόργανη ύλη σε οργανική και παράγεται Ο2, Η2 και ενέργεια. Γενικά αποτελεί μια από τις λειτουργίες που προϋποθέτει την ύπαρξη της ζωής. Επίσης τα φυτά παίζουν τον ρόλο του μεσολαβητή στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και αποτελούν τη βάση της τροφικής πυραμίδας. Συνεπώς αντιλαμβανόμαστε την ανάγκη του πρασίνου στον πλανήτη μας και μιας ζωής κοντά σε αυτό. Ας το προστατέψουμε για να " προστατευτούμε". 12

13 Συμπεράσματα Η ζωή στον πλανήτη εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια στηρίζεται στην ενέργεια του ήλιου και κατά συνέπεια στο φως του. Αυτή η φωτεινή ενέργεια του ήλιου συμβάλει ώστε να δημιουργηθεί η διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Τα φυτά αποτελούν θεμελιώδες τμήμα της ζωής στη Γη. Παράγουν οξυγόνο, τρόφιμα, πρώτες ύλες, καύσιμα και φάρμακα, που επιτρέπουν την ύπαρξη ανώτερων μορφών ζωής. Παράλληλα, τα φυτά καταναλώνουν το διοξείδιο του άνθρακα, ένα σημαντικό αέριο που συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, χρησιμοποιώντας το στη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. (Ωστόσο, φωτοσύνθεση δεν εκτελούν μόνο τα φυτά, ενώ υπάρχουν και μη φωτοσυνθετικά φυτά). Η ορθή κατανόηση των φυτών είναι σημαντική για το μέλλον των ανθρώπινων κοινωνιών, αφού συμβάλλουν: Στη δημιουργία τροφίμων Στην κατανόηση των θεμελιωδών διαδικασιών της ζωής Στην παραγωγή χρηστικών υλικών Στην παρασκευή φαρμάκων Στην κατανόηση των αλλαγών του περιβάλλοντος Σήμερα τα φυτά αποτελούν κλειδί για την επίλυση του προβλήματος έλλειψης τροφής για τον ανθρώπινο πληθυσμό. Φανταστείτε μια μέρα στον πλανήτη χωρίς φωτοσύνθεση. Τα πάντα θα ήταν ξερά, άγονα, μουντά, με τρομερή ζέστη, αποπνικτική ατμόσφαιρα και γενικά ένα ''χάος''. Αυτό απαντάει στην ερώτησή μας για μελλοντική έρευνα για το αν θα μπορούσε να υπάρξει ζωή χωρίς την φωτοσύνθεση. 13

14 Επίλογος Η αυτοκριτική προσέγγιση μιας ερευνητικής εργασίας (project) είναι απαραίτητο στοιχείο αναφοράς. Όσον αφορά το project με θέμα ''Ήλιος: Φωτοσύνθεση και πως συμβάλει στην ζωή μας'' έγινε διεξοδική έρευνα στις διάφορες εκφάνσεις του θέματος αυτού. Αρχικά έγινε μια σύντομη περίληψη γύρω από το θέμα καθώς και αναφορά στο λόγο που μας οδήγησε στην επιλογή του συγκεκριμένου θέματος. Στη συνέχεια συντάχθηκαν ο πρόλογος με τις απαιτούμενες επεξηγήσεις ώστε η έρευνα να γίνει νοηματικά σαφής και κατανοητή. Έγινε αναφορά στο θέμα της έρευνας, το τρόπο διεξαγωγής και την οργάνωσή της. Έπειτα έγινε μία σύντομη εισαγωγή στην οποία αναπτύχθηκε το θέμα ιστορικά στη διάρκεια των χρόνων και επισημάνθηκαν οι στόχοι της ομάδας. Επιπροσθέτως ακολουθήθηκε αυστηρή μεθοδολογία και έγινε λεπτομερής συλλογή δεδομένων συναφής με την ερευνητική δραστηριότητα. Η ισχυρή κυρίως θεωρητική έρευνα του θέματος διασφάλισε την όσο το δυνατόν επιθυμητή αξιοπιστία της. Ωστόσο η επέκταση της υπάρχουσας έρευνας είναι αναπόφευκτη. 14

15 Βιβλιογραφία 1. Φωτοσύνθεση. Ανασύρθηκε στις 20 Μαρτίου 2013 από: 2. Η φωτοσύνθεση. Ανασύρθηκε στις 20 Μαρτίου 2013 από: 3. Φωτοσύνθεση. Ανασύρθηκε στις 27 Μαρτίου 2013 από: 4. Φωτοσύνθεση. Ανασύρθηκε στις 27 Μαρτίου 2013 από: 5. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση. Ανασύρθηκε στις 3 Απριλίου από: , Δομή. Αθήνα, ΔΟΜΗ Α.Ε. Τόμος: