Het is een concept dat de meeste kinderen in de natuurkundeles leren:fotosynthese kan zonne-energie omzetten in chemische energie. Het is het energieproductie- en brandstofproces dat ervoor zorgt dat planten en zelfs algen kunnen overleven en groeien. Maar voordat we ingaan op waarom fotosynthese belangrijk is , is het tijd om de bijzonderheden van dit essentiële biologische proces uiteen te zetten.

Wat is fotosynthese?

Fotosynthese is een essentieel proces waarbij groene planten, algen en bepaalde bacteriën lichtenergie, meestal afkomstig van de zon, omzetten in chemische energie in de vorm van glucose of suiker. Dit proces vindt plaats in gespecialiseerde structuren, chloroplasten genaamd, die zich in de cellen van deze levende organismen bevinden [bron:National Geographic].

Laten we, om fotosynthese te begrijpen, het woord zelf ontleden. ‘Foto-’ komt van het Griekse woord voor licht, en ‘-synthese’ betekent samenvoegen. In wezen is fotosynthese 'samenvoegen met licht'.

Hier is een basisoverzicht van het proces:

1. Absorptie van licht:Het chlorofyl, een groen pigment dat aanwezig is in de bladgroenkorrels, absorbeert lichtenergie.
2. Omzetting en opslag van energie:Deze geabsorbeerde lichtenergie wordt vervolgens gebruikt om koolstofdioxide (CO2) uit de atmosfeer en water (H2O) uit de bodem om te zetten in glucose (C6H12O6). Als bijproduct komt zuurstof (O2) vrij.
3. Gebruik en opslag:De geproduceerde glucose wordt door de plant gebruikt voor energie, opgeslagen als zetmeel of gebruikt om andere organische verbindingen zoals cellulose te bouwen.

Hoewel het misschien een simpele uitwisseling lijkt, is fotosynthese een complexe reeks reacties die in twee hoofdfasen kan worden opgesplitst:

1. Lichtafhankelijke reacties:Een lichtafhankelijke reactie vindt plaats in de thylakoïdmembranen van de chloroplasten en produceert ATP (adenosinetrifosfaat) en NADPH (nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat) door gebruik te maken van lichtenergie. In deze fase komt zuurstof vrij.
2. Lichtonafhankelijke reacties (Calvin-cyclus):Deze reacties vinden plaats in het stroma van de chloroplasten. De in de vorige fase geproduceerde ATP en NADPH worden hier gebruikt om CO2 om te zetten in glucose.

Fotosynthese is de basis van het leven op aarde. Het levert niet alleen voedsel voor de planten zelf, maar ondersteunt ook de dieren en mensen die zich met die planten voeden.

Bovendien komt bij fotosynthese zuurstof vrij, wat essentieel is voor de ademhaling van de meeste levensvormen. Als brug tussen de energie van de zon en het leven op aarde zorgt fotosynthese voor de voortzetting van het leven zoals wij dat kennen.

1. Fotosynthese en koolstofdioxide:een cruciale relatie
2. Wat als de fotosynthese niet meer werkt?

Fotosynthese en koolstofdioxide:een cruciale relatie

De meeste moderne milieugesprekken gaan over koolstofdioxide, fossiele brandstoffen en natuurbehoud. Daarom verdient de unieke relatie tussen fotosynthese en koolstofdioxide een nadere beschouwing.

Koolstofdioxide (CO2) speelt inderdaad een cruciale rol in het fotosyntheseproces en dient als een van de primaire grondstoffen. Om energie te produceren, verbruiken planten effectief koolstofdioxide en water en geven ze zuurstof af. Zoals je je kunt voorstellen heeft dit proces verstrekkende gevolgen voor het klimaat, de atmosfeer en de ecosystemen van onze planeet.

1. De rol van kooldioxide bij fotosynthese:Tijdens fotosynthese nemen planten CO2 op uit de atmosfeer. Deze CO2, gecombineerd met de energie uit zonlicht die wordt opgevangen door chlorofyl, wordt gebruikt om water (opgenomen door de wortels van de plant) om te zetten in glucose. Deze glucose wordt vervolgens door de plant gebruikt als energiebron of opgeslagen voor later gebruik.
2. De koolstofcyclus en het evenwicht:fotosynthese en ademhaling vormen een evenwichtige cyclus op aarde. Terwijl fotosynthese CO2 verbruikt om glucose te produceren en zuurstof vrij te geven, doet de ademhaling door dieren en planten het tegenovergestelde. Ze gebruiken zuurstof om glucose af te breken voor energie, waarbij CO2 vrijkomt. Idealiter zou deze cyclus de hoeveelheid CO2 en zuurstof in de atmosfeer in evenwicht houden.
3. Fotosynthese als koolstofput:Bossen, algen en andere fotosynthetische organismen fungeren als koolstofputten en verwijderen aanzienlijke hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer. Dit helpt het broeikaseffect tot op zekere hoogte te verzachten, omdat verhoogde niveaus van CO2 in de atmosfeer kunnen leiden tot opwarming van de aarde. Door CO2 te absorberen spelen fotosynthetische organismen een cruciale rol bij het reguleren van het mondiale koolstofniveau en daarmee het klimaat.
4. Menselijke activiteit en fotosynthese:Ontbossing en andere menselijke activiteiten hebben de koolstofbalans verstoord. Het verwijderen van grote aantallen bomen betekent dat er minder koolhydraatmoleculen door de atmosfeer worden opgenomen, wat leidt tot hogere broeikasgasniveaus. Dit, in combinatie met de verbranding van fossiele brandstoffen, waardoor oude koolstofvoorraden in de atmosfeer vrijkomen, heeft geresulteerd in een aanzienlijke piek in het CO2-niveau in de atmosfeer, waardoor het broeikaseffect wordt versneld.
5. Verbetering van de fotosynthese-efficiëntie:Onderzoekers onderzoeken manieren om de efficiëntie van fotosynthese te vergroten, vooral in basisgewassen. Door dit te doen zouden gewassen mogelijk meer CO2 uit de atmosfeer kunnen verwijderen en tegelijkertijd een hogere opbrengst kunnen opleveren. Sommige strategieën omvatten het veranderen van de manier waarop planten licht absorberen of het aanpassen van het proces om het beter te laten reageren op de huidige CO2-niveaus.

Fotosynthese reguleert de samenstelling van de atmosfeer, ondersteunt de voedselketen en gaat enkele van de gevolgen van door de mens veroorzaakte klimaatverandering tegen. Het erkennen en respecteren van deze relatie is essentieel voor de toekomstige gezondheid van onze planeet [bron:NASA].

Wat als de fotosynthese niet meer werkt?

Als de fotosynthese abrupt zou eindigen, zouden de meeste planten binnen korte tijd sterven. Hoewel ze het een paar dagen konden volhouden – of in sommige gevallen zelfs een paar weken – zou de levensduur ervan grotendeels een factor zijn van de hoeveelheid opgeslagen energie die hun cellen bevatten.

Grote bomen kunnen het bijvoorbeeld meerdere jaren – misschien zelfs tientallen jaren – volhouden vanwege hun energieopslag en de lage gebruikssnelheid. Het merendeel van de planten zou echter verwelken, en dat geldt ook voor de dieren die ervan afhankelijk zijn voor de productie van zuurstof.

Nu alle herbivoren dood waren, zouden de alleseters en carnivoren spoedig volgen. Hoewel deze vleeseters zich konden voeden met alle overal verspreide karkassen, zou die voorraad niet langer dan een paar dagen duren. Dan zouden de dieren die er tijdelijk van afhankelijk waren voor hun levensonderhoud sterven.

Dat komt omdat, wil de fotosynthese ophouden te bestaan, de aarde in duisternis zou moeten duiken. Om dit te doen zou de zon moeten verdwijnen en de oppervlaktetemperatuur van de aarde in een nooit eindigende winter van bitterkoude temperaturen moeten storten. Binnen een jaar zou het dieptepunt op min 100 graden Fahrenheit (minus 73 graden Celsius) liggen, wat zou resulteren in een planeet van puur bevroren toendra [bron:Otterbein].

Ironisch genoeg zou een te felle zon ervoor kunnen zorgen dat de fotosynthese stopt. Te veel lichtenergie zou de biologische structuur van planten beschadigen en de fotosynthese verhinderen. Dit is de reden waarom het fotosyntheseproces over het algemeen stopt tijdens de heetste uren van de dag.

Of de boosdoener nu te veel zonlicht was of niet genoeg, als de fotosynthese zou stoppen, zouden planten stoppen met het omzetten van koolstofdioxide – een luchtverontreinigende stof – in organisch materiaal. Op dit moment zijn we afhankelijk van fotosynthetische planten, algen en zelfs bacteriën om onze lucht te recyclen. Zonder hen zou er minder zuurstofproductie zijn.

Zelfs als alle planten op aarde zouden sterven, zouden mensen vindingrijk blijven – vooral als hun leven ervan afhing. Een kunstmatig fotosyntheseproces dat door wetenschappers wordt ontwikkeld, zou zomaar de grootste probleemoplosser ter wereld kunnen worden. Met behulp van een kunstmatig 'blad' hebben wetenschappers met succes zonlicht benut en fotosynthese nagebootst.

Het blad is eigenlijk een siliciumzonnecel die, wanneer hij in water wordt geplaatst en aan licht wordt blootgesteld, vervolgens zuurstofbellen aan de ene kant en waterstofbellen aan de andere kant genereert - waarbij in wezen zuurstof en waterstof worden gesplitst. Hoewel het idee is ontworpen als een manier om mogelijk schone elektrische energie te produceren, zijn er ook implicaties voor het creëren van een fotosynthetische atmosfeer [bron:Chandler].

Veel meer informatie

Gerelateerde artikelen

• Fotosynthese
• 10 uitgestorven mensachtigen
• Hoe kunstmatige fotosynthese werkt
• Hoe de zon werkt
• Voelen planten pijn?

Bronnen

• Chandler, David. "'Kunstmatig blad' maakt brandstof uit zonlicht." MIT. 30 september 2011. (12 april 2015) http://newsoffice.mit.edu/2011/artificial-leaf-0930
• Hubbard, Bethanië. "De kracht van fotosynthese." Noordwestelijke Universiteit. 19 november 2012. (12 april 2015) https://helix.northwestern.edu/article/power-photosynthesis
• Otterbein, Holly. "Als de zon uitging, hoe lang zou het leven op aarde dan kunnen overleven?" Populaire wetenschap. 16 juli 2013. (12 april 2015) http://www.popsci.com/science/article/2013-07/if-sun-went-out-how-long-could-life-earth-survive