植物は、葉の中で起こる光合成と呼ばれるプロセスを通じて、無機化合物から独自の食物を作ります。 光合成に必要な成分は、光、水、二酸化炭素です。 光合成の速度は、利用可能なこれらの成分の量と温度の影響を受けます。 光合成の最終産物は、植物が放出する酸素と、植物のエネルギー源となる炭水化物です。 ブドウ糖の基本構造に基づいて、植物はまた、光合成を使用して、成長と生存に不可欠ないくつかのより複雑な炭素ベースの化学物質を作成します。
まず、根から吸収された水分が葉に上がり、葉緑体と呼ばれる特殊な細胞に入ります。 これらの細胞には、緑色の波長を反射して葉に色を与える緑色の色素であるクロロフィルが含まれています。 さらに重要なことに、クロロフィルはスペクトルの赤と青の部分の光を吸収し、それを使用して重要な化学反応を促進します。 葉緑体の内部では、葉緑素分子が光の単一光子を吸収し、電子と交換します。 一連の化学反応が続き、最終的に葉の水分子から失われた電子を置き換えます。 その過程で、水中の酸素原子が水素原子から分離し、廃棄物として排出されます。 残りの水素は集められ、最終的に炭水化物分子に合成されます。
植物の実際の食物を作り出すプロセスは光を必要としないので、それは暗反応と呼ばれます。 ストロマと呼ばれる葉の別の部分では、環境から吸収された二酸化炭素が炭素と酸素に還元されます。 この場合も、酸素は逃げることができますが、炭素は最初のプロセスの水素最終生成物と結合して単糖を形成します。 これらを組み合わせたり、変更したりして、構造や栄養に関係なく、植物が必要とする可能性のあるほとんどすべての有機化合物を生成することができます。
植物は光エネルギーを直接使用しませんが、化学エネルギーに変換する必要があります。 葉に当たる光のうち、光合成に使われるのは約5％に過ぎず、そのうち30〜50％だけが細胞の化学エネルギーとして蓄えられます。 それでも、光合成は植物だけでなく、人間を含むすべての酸素呼吸生物にとって重要なプロセスです。 科学者たちは、地球の通気性のある大気を作り出したのは、初期の緑の植物や藻類の光合成であると信じています。 今日でも、植物は環境を補充し続け、有害な二酸化炭素を生命を維持する酸素にろ過します。