פוטוסינתזה בצמחי מים

צמחים הם יצרנים. במקום לצרוך מזון כדי להשיג אנרגיה, הם מכינים בעצמם. בתהליך הפוטוסינתזה, הצמחים לוקחים אנרגיה מאור השמש והופכים אותה לאנרגיה כימית המאוחסנת בפחמימות. פוטוסינתזה כוללת את אותן מולקולות ותגובות כימיות בצמחי היבשה ובצמחי המים. צמחים צפים פוטוסינתזה ממש כמו צמחים הגדלים ביבשה. עם זאת, התהליך מהווה יותר אתגר עבור צמחי מים אם הם שקועים לחלוטין מתחת לפני המים.

עלים הם האתר העיקרי לפוטוסינתזה. העלים מכילים כלורופלסטים, שהם אברונים בתאי הצמח בהם מתרחשת פוטוסינתזה. כלורופלסטים מכילים מולקולות של כלורופיל הסופגות אור גלוי, בעיקר באורכי גל אדומים וכחולים. רק כמה מולקולות של כלורופיל סופגות אורכי גל ירוקים. כתוצאה מכך צמחים נראים ירוקים מכיוון שהם מחזירים אור ירוק יותר מכפי שהם סופגים.

צמחים משתמשים בסוכר שיוצר במהלך הפוטוסינתזה כדי לעודד צמיחה, פיתוח, רבייה ותיקון. הסוכרים הפשוטים המיוצרים בפוטוסינתזה נקשרים לעמילנים מורכבים יותר כגון תאית המספקים מבנה לצמחים. בנוסף למתן מקור מזון לבעלי חיים ולצרכנים אחרים, פוטוסינתזה מוציאה גם פחמן דו חמצני מהסביבה וממלאת חמצן.

שני שלבי הפוטוסינתזה הם התגובות התלויות באור ובלתי תלויות באור. תגובות תלויות אור כוללות ספיגת אור שמש ופירוק מולקולות מים לגז חמצן, יונים מימן ואלקטרונים. מטרת שלב זה היא לתפוס אנרגיית אור ולהעביר אותה לאלקטרונים כדי לייצר מולקולות ממונעות כמו ATP. חמצן הוא תוצר פסולת של שלב זה של פוטוסינתזה.

השלב השני של הפוטוסינתזה, המכונה גם מחזור הקלווין, משתמש במולקולות המופעלות שנוצרו בשלב הראשון כדי לפצל מולקולות פחמן דו חמצני שנלקחו מסביבת הצמח. פירוק מולקולות פחמן דו חמצני ומים בתא גורם להיווצרות מולקולות סוכר. באופן ספציפי, שש מולקולות של פחמן דו חמצני ושש מולקולות של מים מניבות מולקולה אחת של גלוקוז, כאשר שש מולקולות של חמצן ניתנות כתוצר לוואי.

צמחי מים עשויים לקחת פחמן דו חמצני מהאוויר או מהמים, תלוי אם העלים שלהם צפים או נמצאים מתחת למים. עלים של צמחים צפים, כמו לוטוס וחבצלות מים, מקבלים אור שמש ישיר. סוגים אלה של צמחי מים אינם דורשים התאמות מיוחדות לביצוע פוטוסינתזה. הם יכולים לקחת פחמן דו חמצני מהאוויר ולשחרר חמצן לאוויר. במשטחים החשופים של העלים יש לציפורן שעווה כדי למתן את אובדן המים לאטמוספירה, כמו צמחים יבשתיים.

צמחים שקועים, כמו קרן עשב וים, משתמשים באסטרטגיות ספציפיות כדי לעמוד באתגרים של ביצוע פוטוסינתזה מתחת למים. גזים כמו פחמן דו חמצני מתפזרים הרבה יותר לאט במים מאשר באוויר. צמחים שקועים לחלוטין מתקשים יותר להשיג את הפחמן הדו חמצני הדרוש להם. כדי לעזור להקל על הבעיה, עלים מתחת למים חסרים ציפוי שעווה מכיוון שפחמן דו חמצני קל יותר לספיגה ללא שכבה זו. עלים קטנים יותר יכולים לספוג ביתר פחמן דו חמצני מהמים, ולכן עלים שקועים ממקסמים את יחס השטח לנפח שלהם. יש מינים שמשלימים את צריכת הפחמן הדו-חמצני שלהם על ידי הרחבת כמה עלים אל פני השטח כדי לספוג פחמן דו חמצני מהאוויר.

קשה להשיג אור שמש מספק עבור מיני צמחים שקועים. כמות אנרגיית האור הנספגת על ידי צמח תת ימי נמוכה מהאנרגיה העומדת לרשות צמחי היבשה. חלקיקים במים כמו טפטוף, מינרלים, פסולת של בעלי חיים ופסולת אורגנית אחרת מפחיתים את כמות האור שנכנסת למים. כלורופלסטים בצמחים אלה ממוקמים לעיתים קרובות על פני העלה כדי למקסם את החשיפה לאור. ככל שעומק מתחת לפני השטח גדל, כמות אור השמש העומדת לרשות צמחי מים פוחתת. יש מיני צמחים בעלי התאמות אנטומיות, תאיות או ביוכימיות המאפשרות להם לבצע פוטוסינתזה בהצלחה במים עמוקים או עכורים למרות זמינות אור השמש.

אורגניזמים רבים שאינם צמחים ממלאים את תפקיד היצרן במערכות אקולוגיות במים. צורות מסוימות של חיידקים, כמו גם אצות ומוחים אחרים מבצעים פוטוסינתזה. מושבות של אצות חד תאיות פועלות יחד ליצירת אצות המקרואלגה, הידועות בכינוין אצות ים.