Fotosyntese er prosessen der planter, alger og visse bakterier bruker energi fra solen til å lage sin egen mat fra vann og karbondioksid. Under fotosyntesen absorberer klorofyllmolekyler i plantenes blader sollys og bruker denne energien til å bryte ned vannmolekyler og karbondioksidmolekyler som er tatt opp fra luften. Dette danner glukose (sukker) og oksygen som frigjøres til luften. Glukosen brukes deretter av planten som en kilde til energi og som byggesteiner for å lage andre viktige molekyler, mens oksygenet er avgitt til atmosfæren, og dette er viktig for livet til alle organismer som puster oksygen.
Fotosyntese er en av de mest grunnleggende prosessene som muliggjør livet på jorden, og i dag vil vi utforske dens betydning, mekanismer og konsekvenser for både mennesker og miljø.
Livsviktig gass
Karbondioksid (CO2) er en livsviktig gass. De første levende organismene på jorden fikk energi på samme måte som plantene i dag. De laget sukker av karbondioksid og sollys i det som kalles fotosyntesen.
Vår unge jord hadde mye karbondioksid i atmosfæren, så det var nok til alle. Temperaturen var også mye høyere enn nå på grunn av den kraftige drivhuseffekten. Den temperaturøkningen vi bekymrer oss for i dag, er ingenting mot klimaet for flere hundre millioner år siden.
Men sakte brukte livet opp karbondioksidet, og det ble gradvis mindre drivhuseffekt og også kjøligere. Verdenshavene og berggrunnen sugde til seg karbondioksid. Hadde det fortsatt slik, ville karbondioksidet blitt brukt opp, og utviklingen av livet på jorden ville bokstavelig talt blitt kvalt i fødselen.
Men fordi kontinentene på jorden driver som isflak på et hav av lava, ble det gnisninger mellom flakene. Her flommet lavaen frem, som for eksempel hos våre Islandske naboer – Spilavíti á netinu, på Hawaii eller langs den undersjøiske fjellkjeden midt i Atlanterhavet. Dette gjorde at karbondioksidet ble frigjort igjen, og livet kunne utvikle seg videre.
Hva betyr ordet fotosyntese?
Ordet fotosyntese kommer fra de greske ordene phos (lys) og synthesis (sammenbinding). Fotosyntese er en biologisk prosess som bruker sollys til å produsere mat for planter. Gjennom fotosyntese kan planter omgjøre luftens karbondioksid (CO₂) og vann (H₂O) til sukkerarter (C₆H₁₂O₆), som de bruker som næring. Karbondioksid og vann blir sluppet ut igjen i luften som avfallsprodukter, mens oksygen (O₂) blir sluppet ut som et biprodukt.
Hvor finner man fotosyntese?
De fleste planter, inkludert trær, busker, urter og grønnsaker, bruker fotosyntese for å produsere mat og oksygen. Alger er også fotosyntetiske organismer, og de kan bli funnet i både ferskvann, saltvann og i fuktige områder. Noen bakterier, for eksempel cyanobakterier, bruker også fotosyntese for å produsere mat og oksygen.
Til sammen utgjør fotosyntetiske organismer en stor del av de levende organismene på jorden, og de spiller en viktig rolle i å opprettholde livet på planeten ved å produsere oksygen og karbohydrater, som er grunnleggende for næringskjeden og økosystemet.
Hjemlig fotosyntese
Det er kjent for de fleste at regnskogen er en stor “maskin” når det kommer til fotosyntese, og det å lagre karbon, men også i våre hjemlige trakter har det vist seg å være gode karbonlagrere. En ny undersøkelse på Dovrefjell viser at karbon lagres i alle typer vegetasjon, både over og under bakken. En helt alminnelig eng lagrer mye karbon, og karbonlagringen i engen skjer for det meste under bakken, i tilknytning til røttene. Noe som er overraskende i heia, er at for eksempel tyttebær kan bedrive fotosyntese også om vinteren, under snøen. Det er fordi denne vegetasjonen er eviggrønn og fordi den gjerne vokser i områder med lite snø slik at lyset når inn til plantene også om vinteren.
Fotosyntese – den lysavhengige delen
Den lysavhengige delen av fotosyntesen skjer i membranene til tylakoidene, som finnes inne i kloroplastene i planteceller. Her blir sollyset fanget opp av klorofyllmolekylene i tillegg til andre pigmenter og brukt til å drive reaksjoner som resulterer i produksjon av ATP (adenosintrifosfat) og NADPH (nikotinamidadenindinukleotidfosfat), som er energibærere som brukes i den lysuavhengige delen av fotosyntesen.
Under den lysavhengige delen av fotosyntesen, blir vann spaltet gjennom en prosess som kalles fotolyse, som gir oksygen som frigis til atmosfæren og hydrogenioner som brukes i produksjonen av ATP og NADPH. Elektrontransportkjeden, som ligger i tylakoidmembranen, bruker elektronene som frigjøres under fotolyse, og de genererte energibærerne, til å produsere ATP.
Fotosyntese – Calvin-syklusen
Calvin-syklusen, også kjent som C3-syklusen eller lysuavhengig reaksjon, er en del av fotosyntesen som finner sted i stroma av kloroplastene i planter, alger og noen bakterier. Calvin-syklusen omdanner karbondioksid (CO2) og vann (H2O) til glukose ved hjelp av lysenergi.
Calvin-syklusen består av tre hovedtrinn:
- Karbondioksidfiksering: CO2 blir fanget av enzymet RuBisCO (ribulose-1,5-bisfosfat-karboksylase/oxygenase) og bundet til en 5-karbon sukker kalt ribulose-1,5-bisfosfat (RuBP) for å danne en ustabil seks-karbon forbindelse. Dette spaltes umiddelbart i to 3-karbon molekyler som kalles 3-fosfoglyserat (3-PGA).
- Reduksjon: Energien som er lagret i ATP og NADPH, som er produsert i lysreaksjonen, brukes til å redusere 3-PGA til et annet 3-karbon molekyl kalt glyseraldehyd-3-fosfat (G3P). Dette er en energikrevende prosess som krever to ATP og to NADPH molekyler per G3P molekyl som produseres.
- Regenerering av RuBP: Fem G3P molekyler går videre i metabolismen for å danne tre RuBP molekyler ved hjelp av tre ATP molekyler. Disse kan igjen brukes til å fange mer CO2 og starte prosessen på nytt.
For hvert sjette CO2 molekyl som blir fanget, blir 12 G3P molekyler produsert. Ti av disse brukes til å regenerere RuBP, mens to brukes til å produsere glukose og andre karbohydrater i cellen.
Fotosyntesens utvikling
Man tror at fotosyntese begynte for rundt 3,5 milliarder år siden, da jorda ble dannet. De første organismene som utførte fotosyntese var mest sannsynlig cyanobakterier (tidligere kjent som blågrønne alger). Cyanobakteriene brukte ikke bare sollyset til å produsere mat, men også til å drive den globale oppvarmingen som skjedde på den tiden. Bakteriene slapp ut store mengder med gasser som bidro til å gjøre atmosfæren varmere, noe som igjen ga bedre forhold for fotosyntese.
I løpet av de neste milliardene av årene utviklet fotosyntesen seg til å bli stadig mer effektiv, og det var etter hvert mulig for planter og alger å kolonisere landjorden. Disse organismene ble stadig mer komplekse og utviklet seg til de planter og trær vi kjenner i dag.
I dag er fotosyntesen fortsatt en av de viktigste biokjemiske prosessene på jorden, og den gir grunnlaget for matproduksjonen som opprettholder det meste av livet på planeten vår.