Φωτοσύνθεση σε υδρόβια φυτά

Τα φυτά είναι παραγωγοί. Αντί να καταναλώνουν τρόφιμα για να πάρουν ενέργεια, φτιάχνουν τη δική τους. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, τα φυτά λαμβάνουν ενέργεια από το φως του ήλιου και τη μετατρέπουν σε χημική ενέργεια αποθηκευμένη σε υδατάνθρακες. Η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει τα ίδια μόρια και χημικές αντιδράσεις σε φυτά εδάφους και υδρόβια φυτά. Τα επιπλέοντα φυτά φωτοσύνθεση μοιάζουν με φυτά που αναπτύσσονται στην ξηρά. Ωστόσο, η διαδικασία παρουσιάζει περισσότερο μια πρόκληση για τα υδρόβια φυτά εάν βυθίζονται πλήρως κάτω από την επιφάνεια του νερού.

Τα φύλλα είναι ο κύριος ιστότοπος για τη φωτοσύνθεση. Τα φύλλα περιέχουν χλωροπλάστες, τα οποία είναι τα οργανίδια στα φυτικά κύτταρα όπου συμβαίνει η φωτοσύνθεση. Οι χλωροπλάστες περιέχουν μόρια χλωροφύλλης που απορροφούν ορατό φως, κυρίως σε κόκκινα και μπλε μήκη κύματος. Μόνο μερικά μόρια χλωροφύλλης απορροφούν τα πράσινα μήκη κύματος. Ως αποτέλεσμα, τα φυτά εμφανίζονται πράσινα επειδή αντανακλούν περισσότερο πράσινο φως από ότι απορροφούν.

Τα φυτά χρησιμοποιούν τη ζάχαρη που παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση για να τροφοδοτήσουν την ανάπτυξη, την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και την επισκευή. Τα απλά σάκχαρα που παράγονται στη φωτοσύνθεση συνδέονται με πιο σύνθετα άμυλα όπως η κυτταρίνη που παρέχουν δομή στα φυτά. Εκτός από την παροχή πηγής τροφής για ζώα και άλλους καταναλωτές, η φωτοσύνθεση απομακρύνει επίσης το διοξείδιο του άνθρακα από το περιβάλλον και αναπληρώνει το οξυγόνο.

Τα δύο στάδια της φωτοσύνθεσης είναι οι αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως και ανεξάρτητες από το φως. Οι αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως περιλαμβάνουν την απορρόφηση του ηλιακού φωτός και τη διάσπαση των μορίων νερού σε αέρια οξυγόνου, ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Ο στόχος αυτού του σταδίου είναι να συλλάβει την ελαφριά ενέργεια και να τη μεταφέρει στα ηλεκτρόνια για να παράγει ενεργοποιημένα μόρια όπως το ATP. Το οξυγόνο είναι ένα απόβλητο αυτού του σταδίου φωτοσύνθεσης.

Το δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης, επίσης γνωστό ως κύκλος Calvin, χρησιμοποιεί τα ενεργοποιημένα μόρια που δημιουργήθηκαν στο πρώτο στάδιο για να διαχωρίσει μόρια διοξειδίου του άνθρακα που λαμβάνονται από το περιβάλλον του φυτού. Η διάσπαση των μορίων διοξειδίου του άνθρακα και νερού στα κύτταρα οδηγεί στο σχηματισμό μορίων σακχάρου. Συγκεκριμένα, έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα και έξι μόρια νερού αποδίδουν ένα μόριο γλυκόζης, με έξι μόρια οξυγόνου να εκπέμπονται ως παραπροϊόν.

Τα υδρόβια φυτά ενδέχεται να λαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα ή το νερό, ανάλογα με το αν τα φύλλα τους επιπλέουν ή βρίσκονται κάτω από το νερό. Τα φύλλα των πλωτών φυτών, όπως ο λωτός και τα νούφαρα, έχουν άμεσο ηλιακό φως. Αυτοί οι τύποι υδρόβιων φυτών δεν απαιτούν ειδικές προσαρμογές για την εκτέλεση της φωτοσύνθεσης. Μπορούν να πάρουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα και να απελευθερώσουν οξυγόνο στον αέρα. Οι εκτεθειμένες επιφάνειες των φύλλων έχουν κηρώδη επιδερμίδα για να μετριάσουν την απώλεια νερού στην ατμόσφαιρα, όπως τα επίγεια φυτά.

Τα βυθισμένα φυτά, όπως η χόρτο και τα θαλάσσια χόρτα, χρησιμοποιούν συγκεκριμένες στρατηγικές για να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις της διεξαγωγής φωτοσύνθεσης κάτω από το νερό. Αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα διαχέονται πολύ πιο αργά στο νερό παρά στον αέρα. Τα φυτά που είναι πλήρως βυθισμένα έχουν μεγαλύτερη δυσκολία στην απόκτηση του διοξειδίου του άνθρακα που χρειάζονται. Για να διευκολυνθεί αυτό το πρόβλημα, τα υποβρύχια φύλλα δεν διαθέτουν κηρώδη επίστρωση επειδή το διοξείδιο του άνθρακα είναι πιο εύκολο να απορροφηθεί χωρίς αυτό το στρώμα. Τα μικρότερα φύλλα μπορούν να απορροφήσουν ευκολότερα το διοξείδιο του άνθρακα από το νερό, έτσι τα βυθισμένα φύλλα μεγιστοποιούν την αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Ορισμένα είδη συμπληρώνουν την πρόσληψη διοξειδίου του άνθρακα επεκτείνοντας μερικά φύλλα στην επιφάνεια για να απορροφήσουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα.

Το κατάλληλο ηλιακό φως είναι επίσης δύσκολο να βρεθεί για βυθισμένα είδη φυτών. Η ποσότητα της ελαφριάς ενέργειας που απορροφάται από ένα υποβρύχιο εργοστάσιο είναι μικρότερη από την ενέργεια που διατίθεται στα φυτά εδάφους. Σωματίδια στο νερό, όπως λάσπη, μέταλλα, ζωικά απόβλητα και άλλα οργανικά υπολείμματα μειώνουν την ποσότητα φωτός που εισέρχεται στο νερό. Οι χλωροπλάστες σε αυτά τα φυτά βρίσκονται συχνά στην επιφάνεια του φύλλου για μεγιστοποίηση της έκθεσης στο φως. Καθώς αυξάνεται το βάθος κάτω από την επιφάνεια, η ποσότητα του ηλιακού φωτός που διατίθεται σε υδρόβια φυτά μειώνεται. Μερικά είδη φυτών έχουν ανατομικές, κυτταρικές ή βιοχημικές προσαρμογές που τους επιτρέπουν να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση με επιτυχία σε βαθιά ή σκοτεινά νερά παρά τη μειωμένη διαθεσιμότητα του ηλιακού φωτός.

Πολλοί οργανισμοί εκτός από τα φυτά ασκούν το ρόλο του παραγωγού σε υδρόβια οικοσυστήματα. Ορισμένες μορφές βακτηρίων, καθώς και άλγη και άλλοι προστατευτές εκτελούν φωτοσύνθεση. Οι αποικίες των μονοκύτταρων φυκών συνεργάζονται για να σχηματίσουν το φύκι μακροφυκών, κοινώς γνωστό ως φύκι.