ფოტოსინთეზი წყლის მცენარეებში

მცენარეები მწარმოებლები არიან. ენერგიის მისაღებად საკვების მოხმარების ნაცვლად, ისინი თავად აკეთებენ. ფოტოსინთეზის პროცესში მცენარეები იღებენ ენერგიას მზის სხივიდან და გარდაქმნიან მას ნახშირწყლებში შენახულ ქიმიურ ენერგიად. ფოტოსინთეზი მოიცავს იგივე მოლეკულებსა და ქიმიურ რეაქციებს მიწის მცენარეებსა და წყლის მცენარეებში. მცურავი მცენარეები ფოტოსინთეზირებენ, ისევე როგორც მცენარეები, რომლებიც ხმელეთზე იზრდება. ამასთან, ეს პროცესი უფრო მეტ გამოწვევას წარმოადგენს წყლის მცენარეებისთვის, თუ ისინი წყლის ზედაპირის ქვეშ სრულად ჩაიძირა.

ფოთლები არის ფოტოსინთეზის მთავარი საიტი. ფოთლები შეიცავს ქლოროპლასტებს, რომლებიც მცენარეთა უჯრედების ორგანელებია, სადაც ხდება ფოტოსინთეზი. ქლოროპლასტები შეიცავს ქლოროფილის მოლეკულას, რომელიც შთანთქავს ხილულ სინათლეს, ძირითადად წითელ და ლურჯ ტალღის სიგრძეებში. ქლოროფილის მხოლოდ რამდენიმე მოლეკულა შთანთქავს მწვანე ტალღის სიგრძეს. შედეგად, მცენარეები მწვანედ ჩანს, რადგან ისინი უფრო მეტ შუქს ირეკლავენ, ვიდრე შთანთქავენ.

მცენარეები იყენებენ ფოტოსინთეზის დროს მიღებულ შაქარს საწვავის ზრდის, განვითარების, გამრავლებისა და აღსადგენად. მარტივი შაქრები, რომლებიც წარმოიქმნება ფოტოსინთეზში, უკავშირდება უფრო რთული სახამებლისგან, როგორიცაა ცელულოზა, რომელიც მცენარეთა სტრუქტურას უზრუნველყოფს. გარდა ცხოველებისა და სხვა მომხმარებლების საკვების მიღებისა, ფოტოსინთეზი ასევე აშორებს ნახშირორჟანგს გარემოდან და ავსებს ჟანგბადს.

ფოტოსინთეზის ორი ეტაპია სინათლეზე დამოკიდებული და სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები. სინათლეზე დამოკიდებულ რეაქციებში შედის მზის შუქის შეწოვა და წყლის მოლეკულების დაშლა ჟანგბადის გაზად, წყალბადის იონებად და ელექტრონებად. ამ ეტაპის მიზანია მსუბუქი ენერგიის აღება და მისი ელექტრონებზე გადატანა ენერგიული მოლეკულების წარმოებისთვის, როგორიცაა ATP. ჟანგბადი არის ფოტოსინთეზის ამ ეტაპის ნარჩენების პროდუქტი.

ფოტოსინთეზის მეორე ეტაპი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც კალვინის ციკლი, იყენებს პირველ ეტაპზე შექმნილ ენერგიულ მოლეკულებს მცენარის გარემოდან მიღებული ნახშირორჟანგის მოლეკულების გაყოფისთვის. ნახშირორჟანგისა და წყლის მოლეკულების დაშლა უჯრედში იწვევს შაქრის მოლეკულების წარმოქმნას. კერძოდ, ექვსი მოლეკულა ნახშირორჟანგი და ექვსი მოლეკულა წყალი გამოყოფს ერთ მოლეკულას გლუკოზას, ექვსი მოლეკულა ჟანგბადი გამოიყოფა, როგორც სუბპროდუქტი.

წყლის მცენარეებმა შეიძლება ნახშირორჟანგი მიიღონ ჰაერიდან ან წყლიდან, ეს დამოკიდებულია იმაზე, ფოთლები ათენებენ თუ წყლის ქვეშ. მცურავი მცენარეების ფოთლები, როგორიცაა ლოტოსი და წყლის შროშანები, მიიღებენ მზის პირდაპირ სხივებს. ამ ტიპის წყლის მცენარეები არ საჭიროებს სპეციალურ ადაპტაციას ფოტოსინთეზის შესასრულებლად. მათ შეუძლიათ ნახშირორჟანგი მიიღონ ჰაერიდან და გაათავისუფლონ ჟანგბადი ჰაერში. ფოთლების დაუცველ ზედაპირებს აქვს ცვილისებრი კუტიკულა ატმოსფეროში წყლის დაკარგვის შესამსუბუქებლად, ხმელეთის მცენარეების მსგავსად.

წყალში ჩაძირული მცენარეები, როგორიცაა რქოვანის და ზღვის ბალახები, იყენებენ სპეციფიკურ სტრატეგიებს წყლის ქვეშ ფოტოსინთეზის ჩატარების გამოწვევების დასაძლევად. ისეთი გაზები, როგორიცაა ნახშირორჟანგი, ბევრად ნელა დიფუზირდება წყალში, ვიდრე ჰაერში. სრულად ჩაძირულ მცენარეებს უფრო მეტი სირთულე აქვთ საჭირო ნახშირორჟანგის მოპოვებისთვის. ამ პრობლემის გაუმჯობესების მიზნით, წყალქვეშა ფოთლებს ცვილისებრი საფარი არ აქვთ, რადგან ნახშირორჟანგი უფრო ადვილად იწოვება ამ ფენის გარეშე. პატარა ფოთლებს უფრო ადვილად შეუძლიათ წყლის ნახშირორჟანგის ათვისება, ამიტომ წყალში ჩაძირული ფოთლები მაქსიმალურად ზრდის ზედაპირისა და მოცულობის თანაფარდობას. ზოგიერთი სახეობა ავსებს ნახშირორჟანგის მიღებას, ზედაპირზე რამდენიმე ფოთლის გაფართოებით, ჰაერიდან ნახშირორჟანგის ათვისების მიზნით.

ადეკვატური მზის სხივი ასევე რთულია წყალქვეშა მცენარეთა სახეობებისთვის. წყალქვეშა ქარხნის მიერ შთანთქმული მსუბუქი ენერგიის რაოდენობა ნაკლებია ვიდრე ენერგია, რომელიც ხელმისაწვდომია მიწის მცენარეებისთვის. წყლის ნაწილაკები, როგორიცაა სილა, მინერალები, ცხოველური ნარჩენები და სხვა ორგანული ნარჩენები ამცირებს წყალში სინათლის რაოდენობას. ქლოროპლასტები ამ მცენარეებში ხშირად განლაგებულია ფოთლის ზედაპირზე, რათა მაქსიმალურად მოხდეს სინათლის ზემოქმედება. ზედაპირის ქვემოთ სიღრმის ზრდასთან ერთად წყლის მცენარეებისთვის მზის სინათლის რაოდენობა იკლებს. მცენარეთა ზოგიერთ სახეობას აქვს ანატომიური, უჯრედული ან ბიოქიმიური ადაპტაცია, რაც მათ საშუალებას აძლევს წარმატებით განახორციელონ ფოტოსინთეზი ღრმა ან მღვრიე წყალში, მზის სხივების ხელმისაწვდომობის შემცირების მიუხედავად.

მცენარეთა გარდა მრავალი ორგანიზმი ასრულებს მწარმოებლის როლს წყლის ეკოსისტემებში. ბაქტერიების ზოგიერთი ფორმა, ასევე წყალმცენარეები და სხვა პროტისტები ასრულებენ ფოტოსინთეზს. ერთუჯრედიანი წყალმცენარეების კოლონიები ერთად მუშაობენ მაკროწყალების კელპის შესაქმნელად, რომელსაც ჩვეულებრივ ზღვის მცენარეებს უწოდებენ.