植物や樹木が太陽からの光を栄養に変える光合成プロセス エネルギーは、最初は魔法のように見えるかもしれませんが、直接的および間接的に、このプロセスは全体を維持します 世界。 緑の植物が光に到達すると、その葉は、光を吸収する化学物質または特殊な色素を使用して、大気から引き出された二酸化炭素と水から食物を作ることによって、太陽のエネルギーを捕らえます。 このプロセスは、すべての呼吸生物に必要な空気中の成分である酸素を副産物として大気中に放出します。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
光合成の簡単な方程式は、二酸化炭素+水+光エネルギー=ブドウ糖+酸素です。 植物界内の実体は光合成中に二酸化炭素を消費するため、人々が呼吸できるように酸素を大気中に放出します。 緑の木々や植物（陸と海）は、主に内の酸素に責任があります 大気、そしてそれらがなければ、動物や人間、そして他の生物は、彼らのように存在しないかもしれません 今日しなさい。
光合成：すべての生命に必要
草食動物や雑食動物の餌としてだけでなく、酸素が呼吸するためにも、地球上のすべての生命にとって、緑の成長するものが必要です。 光合成プロセスは、酸素が大気に入る主な方法です。 それは、太陽の光エネルギーを捕らえ、それを糖と炭水化物に変えて、酸素を放出しながら植物に栄養素を提供する、地球上で唯一の生物学的手段です。
考えてみてください。植物や樹木は、本質的に、宇宙の外側から始まるエネルギーを引き出すことができます。 日光の形で、それを食物に変え、その過程で、生物が必要とする必要な空気を放出します 繁栄します。 すべての酸素を生成する植物や樹木は、すべての酸素を呼吸する生物と共生関係にあると言えます。 人間と動物は植物に二酸化炭素を供給し、その見返りに酸素を供給します。 生物学者は、関係のすべての関係者が利益を得るので、これを相利共生の共生関係と呼びます。
リンネの分類システムでは、すべての生物、植物、 藻類とシアノバクテリアと呼ばれるバクテリアの一種は、食物を生産する唯一の生き物です。 日光。 開発のために森林を伐採し、植物を取り除くという議論は、 酸素を作るための植物や木が残っていないので、これらの開発に住む人間は残っていません。
光合成は葉で起こります
植物や樹木は独立栄養生物であり、独自の食物を作る生物です。 彼らは太陽からの光エネルギーを使用してこれを行うので、生物学者はそれらを光独立栄養体と呼びます。 地球上のほとんどの植物や樹木は光合成独立栄養体です。
日光の食物への変換は、葉緑体と呼ばれる構造である植物細胞に見られる細胞小器官の植物の葉内の細胞レベルで起こります。 葉はいくつかの層で構成されていますが、光合成は葉肉、中間層で起こります。 気孔と呼ばれる葉の下側の小さな微細な開口部は、植物との間の二酸化炭素と酸素の流れを制御し、植物のガス交換と植物の水収支を制御します。
気孔は、水分の損失を最小限に抑えるために、太陽とは反対側の葉の底に存在します。 気孔を取り巻く小さな孔辺細胞は、大気中の水分量に応じて膨張または収縮することにより、これらの口のような開口部の開閉を制御します。 気孔が閉じると、植物は二酸化炭素を取り込むことができないため、光合成は起こりません。 これにより、植物の二酸化炭素レベルが低下します。 日中が暑くて乾燥しすぎると、ストロマは閉じて水分を節約します。
植物の葉の細胞レベルでの細胞小器官または構造として、葉緑体はそれらを囲む外膜と内膜を持っています。 これらの膜の内部には、チラコイドと呼ばれるプラッター型の構造があります。 チラコイド膜は、植物や樹木がクロロフィルを貯蔵する場所です。クロロフィルは、太陽からの光エネルギーを吸収する役割を担う緑色の色素です。 これは、最初の光依存反応が起こる場所であり、太陽から引き出されたエネルギーを植物内に移動する必要がある場所に運ぶために、多数のタンパク質が輸送鎖を構成します。
太陽からのエネルギー：光合成のステップ
光合成プロセスは、2段階の多段階プロセスです。 光合成の最初の段階は、 光反応、別名 光依存プロセス 太陽からの光エネルギーを必要とします。 第二段階、 ダークリアクション ステージとも呼ばれます カルビン回路は、植物が光反応段階からNADPHとATPの助けを借りて砂糖を作るプロセスです。
ザ・ 光反応 光合成の段階には、次のステップが含まれます。
- 植物や木の葉を通して大気から二酸化炭素と水を集める。
- 植物や樹木に含まれる光を吸収する緑色の色素は、太陽光を蓄積された化学エネルギーに変換します。
- 光によって活性化される植物酵素は、エネルギーを放出して新たに開始する前に、必要な場所にエネルギーを輸送します。
これはすべて、植物のチラコイド、個々の平らな袋の内部の細胞レベルで起こり、植物または樹木細胞の葉緑体内のグラナまたはスタックに配置されます。
ザ・ カルビン回路、 バークレーの生化学者メルヴィン・カルヴィン（1911-1997）にちなんで名付けられました。これは、1961年にノーベル化学賞を受賞したことで発見されました。 暗反応段階は、植物が光反応からNADPHとATPの助けを借りて砂糖を作るプロセスです ステージ。 カルビン回路では、次の手順が実行されます。
- 植物が炭素を植物化学物質（RuBP）に接続して光合成する炭素固定。
- 植物とエネルギー化学物質が反応して植物糖を生成する還元段階。
- 植物栄養素としての炭水化物の形成。
- 糖とエネルギーが協力してRuBP分子を形成する再生段階。これにより、サイクルが再開されます。
クロロフィル、光吸収およびエネルギー生成
チラコイド膜内に埋め込まれているのは、光化学系Iと光化学系IIの2つの光捕捉システムです。 植物の葉が光エネルギーを化学物質に変える場所である複数のアンテナのようなタンパク質で構成されています エネルギー。 光化学系Iは低エネルギー電子キャリアの供給を提供し、もう一方はエネルギーを与えられた分子を必要な場所に供給します。
クロロフィルは、植物や樹木の葉の内側にある光吸収色素であり、光合成プロセスを開始します。 葉緑体チラコイド内の有機色素として、クロロフィルは狭い帯域内のエネルギーのみを吸収します 700ナノメートル（nm）から400の波長範囲内の太陽によって生成された電磁スペクトルの nm。 光合成有効放射バンドと呼ばれる緑は、可視光スペクトルの中央に位置し、 低エネルギーですが、高エネルギーからの長波長の赤、黄、オレンジ、短波長、青、藍、 スミレ。
なので クロロフィルは吸収します 単一光子または 明確な 光エネルギーのパケット、それはこれらの分子を興奮させます。 植物分子が励起されると、プロセスの残りのステップでは、励起された分子をエネルギーを介してエネルギー輸送システムに取り込む必要があります。 ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸またはNADPHと呼ばれる担体で、光合成の第2段階、暗反応相またはCalvinに送達します。 サイクル。
入った後 電子伝達系、プロセスは、取り込まれた水から水素イオンを抽出し、それをチラコイドの内部に送り、そこでこれらの水素イオンが蓄積します。 イオンは、間質側からチラコイド内腔まで半多孔質膜を通過し、一部を失います それらが2つの光システムの間に存在するタンパク質を通って移動するときのプロセスのエネルギーの。 水素イオンはチラコイド内腔に集まり、そこで再活性化を待ってから、細胞のエネルギー通貨であるアデノシン三リン酸またはATPを生成するプロセスに参加します。
光化学系1のアンテナタンパク質は別の光子を吸収し、それをP700と呼ばれるPS1反応中心に中継します。 酸化された中心であるP700は、高エネルギーの電子をニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸またはNADP +に送り、それを還元してNADPHとATPを形成します。 これは、植物細胞が光エネルギーを化学エネルギーに変換する場所です。
葉緑体は、光合成の2つの段階を調整して、光エネルギーを使用して糖を作ります。 葉緑体内のチラコイドは光反応の部位を表しており、カルビン回路はストロマで発生します。
光合成と細胞呼吸
光合成プロセスに関連する細胞呼吸は、光エネルギーを取り込み、化学エネルギーに変換し、酸素を大気中に放出するときに、植物細胞内で発生します。 植物細胞内で呼吸が起こるのは、光合成過程で糖が生成されたときです。 酸素と結合して細胞のエネルギーを作り、二酸化炭素と水を副産物として形成します 呼吸。 呼吸の簡単な方程式は、光合成の方程式とは逆です。ブドウ糖+酸素=エネルギー+二酸化炭素+光エネルギーです。
細胞呼吸は、葉だけでなく、植物や木の根でも、植物のすべての生細胞で起こります。 細胞呼吸は光エネルギーを必要としないため、昼夜を問わず発生する可能性があります。 しかし、水はけの悪い土壌で植物に水をやりすぎると、浸水するため、細胞呼吸に問題が生じます。 植物は根から十分な酸素を取り込み、ブドウ糖を変換して細胞の代謝を維持することができません プロセス。 植物があまりにも長い間水を受け取りすぎると、その根から酸素が奪われる可能性があり、それが本質的に細胞呼吸を停止させ、植物を殺す可能性があります。
地球温暖化と光合成反応
カリフォルニア大学マーセド教授のエリオットキャンベルと彼の研究者チームは、2017年4月の記事で次のように述べています。 光合成プロセスが20日に劇的に増加したことを科学の国際ジャーナルである「Nature」 世紀。 研究チームは、200年にまたがる光合成プロセスの世界的な記録を発見しました。
これにより、彼らは、地球上のすべての植物の光合成の合計が、彼らが研究した年の間に30パーセント増加したと結論付けました。 研究では、世界的な光合成プロセスの上昇の原因を具体的に特定していませんでしたが、チームの コンピュータモデルは、いくつかのプロセスを組み合わせると、グローバルプラントの大幅な増加につながる可能性があることを示唆しています 成長。
モデルは、光合成の増加の主な原因には、大気中の二酸化炭素排出量の増加が含まれることを示しました（主に人間による） 活動）、これらの排出による地球温暖化と大量農業と化石燃料によって引き起こされる窒素汚染の増加のために、より長い成長期 燃焼。 これらの結果につながった人間の活動は、地球にプラスとマイナスの両方の影響を及ぼします。
キャンベル教授は、二酸化炭素排出量の増加は作物の生産量を刺激する一方で、不要な雑草や侵入種の成長も刺激すると述べました。 彼は、二酸化炭素排出量の増加は気候変動を直接引き起こし、沿岸に沿ってより多くの洪水を引き起こすと述べた 地域、異常気象、海洋酸性化の増加、これらはすべて複合効果をもたらします グローバルに。
光合成は20世紀に増加しましたが、それはまた、植物が世界中の生態系により多くの炭素を貯蔵する原因となり、その結果、それらは炭素吸収源ではなく炭素源になりました。 光合成が増加しても、化石燃料の燃焼を補うことはできません。 化石燃料の燃焼による二酸化炭素排出量が増えると、植物の吸収能力が圧倒される傾向があります CO2。
研究者たちは、国立海洋大気庁によって収集された南極の雪データを分析して、調査結果を作成しました。 研究者たちは、氷のサンプルに蓄えられたガスを研究することにより、過去の地球の大気をレビューしました。