Fotosyntese er helt kort fortalt omdannelse af kuldioxid (CO2) og vand til ilt og organisk stof med sollys som energikilde. Det er en helt nødvendig proces for livet på Jorden.
Fotosyntese foregår primært i planter, alger og visse bakterier. Disse kaldes tilsammen primærproducenter. Dyr og mennesker får både glæde af fotosyntesens ilt og af de organiske stoffer, der dannes ved processen.
Ordet fotosyntese kommer af foto ’lys’ og syntese ’sætte sammen’.
Den kemiske formel for fotosyntese
Den præcise kemiske formel ser således ud:
6 CO2 + 6 H2O + lys → C6H12O6 + 6 O2
6 molekyler kuldioxid og 6 molekyler vand bliver med energien fra sollys til 1 molekyle glukose (druesukker) og 6 molekyler ilt.
Planterne får CO2 fra luften og vand fra jorden. Den dannede ilt frigives til luften, og glukosen ombygges i planten til andre stoffer, bl.a. stivelse og cellulose.
Betydningen af fotosyntesen
Livet på Jorden er helt afhængigt af fotosyntesen. Både af den dannede ilt og de dannede organiske forbindelser.
Dyr (og altså også mennesket) har brug for energi til at bevæge sig, til at producere varme, til dannelse af forskellige kemiske stoffer, til vækst og til alle de andre processer, der foregår i kroppen. Vi kan ikke bruge sollyset som energikilde.
Dyr får energi fra de organiske forbindelser, som planterne danner, hvorfor vi betegnes sekundærproducenter. Vi skal have disse forbindelser tilført. Vi kan få dem ved at spise andre dyr, som har spist planter, eller vi kan selv spise planter.
Fotosyntetiserende organismer udgør første led i de mange fødekæder/fødenet på Jorden.
Respiration
Energien i de tilførte organiske forbindelser frigives, når stofferne under forbrug af ilt nedbrydes i vores krop til CO2 og vand. Denne proces, der er modsat fotosyntesen, kaldes ånding eller respiration. Den ser således ud:
6 O2 + C6H12O6 → energi + 6 CO2 + 6 H2O
Respiration foregår i alle celler, også planteceller. Når der er sollys til stede, foregår der dog mere fotosyntese end respiration i planternes celler. Det betyder, at der produceres mere organisk stof og ilt, end der forbruges.
Hvor foregår fotosyntesen?
Hos planter foregår fotosyntesen primært i de grønne blade. I bladenes celler findes grønkorn, kloroplaster, som er organeller, hvori fotosyntesen foregår. I kloroplaster findes lydabsorberende pigmenter, bl.a. klorofyl.
Blade er grønne pga. klorofyl. Under fotosyntesen absorberer klorofyl især energi med bølgelængder, der ligger i det blå og det røde område. Det grønne lys absorberes ikke. Det kastes tilbage – hvilket giver den grønne farve.
Fotosyntesens lys- og mørkereaktioner
Fotosyntese er en række af komplicerede kemiske reaktioner. Helt overordnet er der to dele, der tilsammen udgør fotosyntesen: lys- og mørkereaktioner.
Fotosyntesens lysreaktioner omdanner vha. klorofyl energien i sollys til kemisk energi i form af de energirige molekyler ATP og NADPH.
Fotosyntesens mørkereaktioner – også kaldet Calvin-cyklus – er ikke afhængige af lys. Her bruges energien fra de dannede ATP- og NADPH-molekyler til syntese af glukose og andre kulhydrater som fx cellulose og sukrose under forbrug af CO2. Hvert år dannes der på Jorden milliarder af tons organisk stof af de fotosyntetiserende organismer.
Stoftransport i planter
Under fotosyntese hos planter skal mange forskellige molekyler og stoffer transporteres rundt i planten.
Vand (og næringssalte) optages fra jorden gennem rødderne. Herfra bringes de rundt i planten via ledningsstrenge, der er et sammenhængende transportsystem, der går gennem hele planten. Det udgøres af to typer af væv, nemlig xylem (vedvæv) og phloem (sivæv), der er opbygget forskelligt. Vand og næringssalte transporteres af xylem.
CO2 skal ind i bladene, og O2 skal ud. Det foregår gennem spalteåbninger i bladets yderste cellelag, epidermis, på bladets underside. Det er også gennem spalteåbningerne, at vand fordamper fra bladene. Omkring spalteåbningerne sidder to læbeceller, som kan regulere spalteåbningernes åbningsgrad afhængigt af plantens behov.
Dannelse af organiske forbindelser sker i bladcellernes kloroplaster. Via phloem i ledningsstrengene transporteres de organiske forbindelser rundt i planten, hvor de enten nedbrydes eller omdannes til andre forbindelser, fx oplagsnæring i form af stivelse.
Begrænsende faktorer for fotosyntesen
Mangel på enhver af de tre input-dele i fotosyntese-ligningen kan virke begrænsende på fotosyntesen:
6 CO2 + 6 H2O + lys → C6H12O6 + 6 O2
Der skal være tilstrækkeligt sollys til stede. Ofte skygger nogle af en plantes blade for andre af plantens blade. Der vil foregå mere fotosyntese i de blade, der ikke ligger i skygge. Andre gange hæmmes hele planten af at være placeret i skygge.
Mangler planten vand, vil også det begrænse fotosyntesen. For at mindske vandtabet vil den lukke spalteåbningerne i bladene. Dette medfører imidlertid, at mindre CO2 kan komme ind i bladet, og herved bliver også CO2 en begrænsende faktor for fotosyntesen.
Fotosyntese i andre organismer end planter
Hovedparten af algerne kan udføre fotosyntese. Alger omfatter meget forskellige grupper af organismer. Der findes encellede og flercellede alger, mikroskopiske alger og kæmpeorganismer. De findes mange steder, især i fersk- og saltvand.
I vandmiljøer er algernes produktion af organiske forbindelser lige så vigtig for de næste led i fødekæderne/fødenettene – fx fisk, blæksprutter og hvaler – som planters produktion er det for dyr på land.
Også visse bakterier kan udføre fotosyntese. Bakterier er encellede organismer uden cellekerne, og det menes, at fotosyntese oprindeligt er opstået i sådanne organismer. Cyanobakterier danner ligesom alger og planter ilt ved fotosyntese under spaltning af vand, mens svovlbakteriers fotosyntese foregår, hvor der ingen ilt er, og spalter svovlbrinte under dannelse af frit svovl.
Ilt produceret af alger og bakterier udgør en stor del af den ilt, der dannes på Jorden.
Energikilderne olie, kul og naturgas
De fossile brændsler olie, kul og naturgas, som vi ofte benytter som energikilder, skyldes også fotosyntese. De er nemlig dannet ved nedbrydning af dyr og planter, der levede for millioner af år siden.
Kemosyntese - et alternativ til fotosyntese
Kun én type af organismer kan opbygge organisk stof uden energien fra Solen. Der findes bakterier, som ved en proces, der minder om fotosyntese, kan opbygge organiske forbindelser vha. kemisk energi i stedet for energien fra sollys. Denne proces kaldes kemosyntese og kan udføres af bl.a. svovlbakterier.
Primærproduktion ved kemosyntese fylder meget lidt i forhold til fotosyntese. Dog er det af stor betydning ved hydrotermiske væld på havbunden, hvor der dels er helt mørkt, dels er varme svovlholdige kilder. Kemosyntese giver mulighed for et rigt liv på disse steder.