Γιατί τα φυτά χρειάζονται νερό στη φωτοσύνθεση;

Η φωτοσύνθεση είναι μια θαυμάσια και όμως απλή χημική αντίδραση που συμβαίνει όταν τα φυτά χρησιμοποιούν το ηλιακό φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα για να φτιάξουν ενεργειακά μόρια τροφίμων. Τα φυτά τραβούν νερό από τις ρίζες τους και απορροφούν μόρια ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα για να συλλέξουν τα απαραίτητα συστατικά για τη σύνθεση της γλυκόζης (ζάχαρη).

Νερό (Η₂Ο) μόρια χωρίστε και δώστε ηλεκτρόνια σε μόρια διοξειδίου του άνθρακα καθώς η ελαφριά ενέργεια από τον ήλιο μετατρέπεται σε χημικούς δεσμούς γλυκόζης (ζάχαρη) κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης.

Η συνταγή για τη γλυκόζη είναι έξι μόρια νερού (Η₂O) συν έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα (CO₂συν την έκθεση στο ηλιακό φως. Τα φωτόνια σε φωτεινά κύματα ξεκινούν μια χημική αντίδραση στο κύτταρο που σπάει τους δεσμούς των μορίων νερού και διοξειδίου του άνθρακα και αναδιοργανώνει αυτά τα αντιδραστήρια σε γλυκόζη και οξυγόνο - ένα υποπροϊόν.

Ο τύπος για φωτοσύνθεση εκφράζεται συνήθως ως εξίσωση:

6Η₂O + 6CO₂ + ηλιακό φως → C₆Η₁₂Ο₆ + 6O₂

Πριν από περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, τα κυανοβακτήρια άλλαξαν την πορεία του κόσμου με τη φωτοσυνθετική τους δύναμη για να μετατρέψουν την ελαφριά ενέργεια και τις ανόργανες ουσίες σε χημική ενέργεια για τα τρόφιμα. Σύμφωνα με Περιοδικό Quanta, οι αρχαϊκοί μικροοργανισμοί δημιούργησαν τις πλανητικές συνθήκες που οδήγησαν σε καταρράκτη διαφορετικών φυτών με κοινή ικανότητα φωτοσύνθεσης και απελευθέρωσης οξυγόνου.

Παρόλο που οι λεπτομέρειες εξακολουθούν να μελετώνται και συζητούνται, η προσαρμογή των φωτοσυνθετικών κέντρων σε μορφές πρώιμης ζωής όπως τα μονοκύτταρα φυτά και τα φύκια φαίνεται να έχουν ξεκινήσει.

Η φωτοσύνθεση είναι απαραίτητη για τη ζωή και τη βιωσιμότητα σε ένα ισορροπημένο οικοσύστημα. Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί βρίσκονται στο κάτω μέρος του δίκτυο τροφίμων, που σημαίνει ότι άμεσα ή έμμεσα παράγουν τροφική ενέργεια για τα χορτοφάγα, τα παμφάγα, τους δευτερογενείς και τριτογενείς καταναλωτές και τους κορυφαίους θηρευτές. Όταν τα μόρια του νερού χωρίζονται κατά τη διάρκεια της φωτοσυνθετικής αντίδρασης, τα μόρια οξυγόνου σχηματίζονται και απελευθερώνονται στο νερό και τον αέρα.

Χωρίς οξυγόνο, η ζωή δεν θα υπήρχε όπως συμβαίνει σήμερα.

Επιπλέον, η φωτοσύνθεση παίζει ζωτικό ρόλο στη βύθιση του διοξειδίου του άνθρακα. Η διαδικασία μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες ονομάζεται σταθεροποίηση του άνθρακα. Όταν πεθαίνουν ζωντανοί οργανισμοί με βάση τον άνθρακα, τα θαμμένα τους υπολείμματα μπορούν να συμπιεστούν και με την πάροδο του χρόνου να στραφούν σε ορυκτών καυσίμων.

Το νερό βοηθά στη μεταφορά τροφίμων και θρεπτικών συστατικών εντός των κυττάρων και μεταξύ των ιστών για να παρέχει τροφή σε όλα τα μέρη ενός ζωντανού φυτού. Μεγάλο κενού μέσα στα κύτταρα περιέχει νερό που ενισχύει το στέλεχος, ενισχύει το κυτταρικό τοίχωμα και διευκολύνει την όσμωση στα φύλλα.

Τα μη διαφοροποιημένα κύτταρα στο μεριστήριο δεν μπορούσαν να εξειδικευτούν σωστά σε φύλλα, άνθη ή μίσχους εάν τα κύτταρα στον ιστό ήταν αφυδατωμένα άσχημα. Οι μίσχοι και τα φύλλα γέρνουν όταν οι ανάγκες σε νερό δεν ικανοποιούνται και η φωτοσύνθεση επιβραδύνεται.

Οι μαθητές που ενδιαφέρονται να μάθουν περισσότερα για τα φυτά και τις ανάγκες σε νερό μπορούν να απολαύσουν τον πειραματισμό με τους σπόρους φασολιών. Τα φασόλια Λίμα και τα φασόλια μεγαλώνουν γρήγορα, γεγονός που τα καθιστά κατάλληλα για σίτιση πρόγραμμα επιστήμης φυτών ή επίδειξη στην τάξη. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να φυτέψουν τους σπόρους περίπου μια εβδομάδα πριν οι μαθητές αρχίσουν να πειραματίζονται για να προσδιορίσουν ποιοι περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως το επαρκές νερό, επηρεάζουν την ανάπτυξη των φυτών.

Για παράδειγμα, μια τάξη επιστήμης θα μπορούσε να συνεχίσει να μεγαλώνει, να ποτίζει και να μετρά πέντε ή περισσότερα λαχανάκια δίπλα σε ένα παράθυρο για δύο εβδομάδες ή περισσότερο. Για λόγους σύγκρισης, θα μπορούσαν να εισαγάγουν μεταβλητές σε πειραματικές ομάδες βλαστών και να αναπτύξουν μια υπόθεση. Συνιστώνται πειραματικές ομάδες πέντε ή περισσότερων φυτών για μεγαλύτερο μέγεθος δείγματος.

Για παράδειγμα:

• Πειραματική ομάδα 1: Κρατήστε νερό για να δείτε πόσο σύντομα επηρεάζεται η ανάπτυξη των φυτρώνων από την αφυδάτωση.

• Πειραματική ομάδα 2: Τοποθετήστε μια χάρτινη σακούλα πάνω από τα λαχανάκια για να παρατηρήσετε πόσο χαμηλό φως μπορεί να επηρεάσει τη φωτοσύνθεση και την παραγωγή χλωροφύλλης.

• Ομάδα πειράματος 3: Τυλίξτε πλαστικές σακούλες σάντουιτς γύρω από τα λάχανα φασολιών για να μελετήσετε τα αποτελέσματα της διαταραγμένης ανταλλαγής αερίων.
  

• Πειραματική ομάδα 4: Τοποθετήστε τα λαχανάκια σε ψυγείο κάθε βράδυ για να δείτε πώς οι ψυχρότερες θερμοκρασίες μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη.