Planten zijn producenten. In plaats van voedsel te consumeren om energie te krijgen, maken ze hun eigen voedsel. Tijdens het fotosyntheseproces nemen planten energie uit zonlicht op en zetten deze om in chemische energie die is opgeslagen in koolhydraten. Fotosynthese omvat dezelfde moleculen en chemische reacties in landplanten en waterplanten. Drijvende planten fotosynthetiseren net als planten die op het land groeien. Het proces vormt echter een grotere uitdaging voor waterplanten als ze volledig onder het wateroppervlak zijn ondergedompeld.
Basisprincipes van fotosynthese
Bladeren zijn de belangrijkste plaats voor fotosynthese. Bladeren bevatten chloroplasten, de organellen in plantencellen waar fotosynthese plaatsvindt. Chloroplasten bevatten chlorofylmoleculen die zichtbaar licht absorberen, voornamelijk in rode en blauwe golflengten. Slechts een paar moleculen chlorofyl absorberen groene golflengten. Als gevolg hiervan lijken planten groen omdat ze meer groen licht reflecteren dan ze absorberen.
Planten gebruiken de suiker die tijdens de fotosynthese wordt gemaakt om groei, ontwikkeling, reproductie en herstel te stimuleren. De eenvoudige suikers die bij fotosynthese worden geproduceerd, binden zich aan complexere zetmelen zoals cellulose die structuur geven aan planten. Fotosynthese is niet alleen een voedselbron voor dieren en andere consumenten, maar verwijdert ook koolstofdioxide uit de omgeving en vult zuurstof aan.
Stadia van fotosynthese
De twee fasen van fotosynthese zijn de lichtafhankelijke en lichtonafhankelijke reacties. Lichtafhankelijke reacties omvatten de absorptie van zonlicht en de afbraak van watermoleculen in zuurstofgas, waterstofionen en elektronen. Het doel van deze fase is om lichtenergie op te vangen en over te dragen aan de elektronen om geactiveerde moleculen zoals ATP te maken. Zuurstof is een afvalproduct van dit stadium van fotosynthese.
De tweede fase van fotosynthese, ook bekend als de Calvin-cyclus, gebruikt de geactiveerde moleculen die in de eerste fase zijn gecreëerd om koolstofdioxidemoleculen te splitsen die uit de omgeving van de plant worden opgenomen. De afbraak van kooldioxide- en watermoleculen in de cel resulteert in de vorming van suikermoleculen. In het bijzonder leveren zes moleculen koolstofdioxide en zes moleculen water één molecuul glucose op, met als bijproduct zes zuurstofmoleculen.
Drijvende planten
Waterplanten kunnen koolstofdioxide opnemen uit de lucht of het water, afhankelijk van of hun bladeren drijven of onder water staan. De bladeren van drijvende planten, zoals lotus en waterlelies, krijgen direct zonlicht. Deze soorten waterplanten vereisen geen speciale aanpassingen om fotosynthese uit te voeren. Ze kunnen koolstofdioxide uit de lucht opnemen en zuurstof aan de lucht afgeven. De blootgestelde oppervlakken van de bladeren hebben een wasachtige cuticula om waterverlies naar de atmosfeer te verminderen, zoals terrestrische planten.
Kooldioxide verkrijgen
Ondergedompelde planten, zoals hoornblad en zeegrassen, gebruiken specifieke strategieën om de uitdagingen van het uitvoeren van fotosynthese onder water aan te gaan. Gassen zoals kooldioxide diffunderen veel langzamer in water dan in lucht. Planten die volledig onder water staan, hebben meer moeite om de benodigde koolstofdioxide te verkrijgen. Om dit probleem te verhelpen, missen onderwaterbladeren een wasachtige coating omdat kooldioxide gemakkelijker te absorberen is zonder deze laag. Kleinere bladeren kunnen gemakkelijker koolstofdioxide uit het water opnemen, dus ondergedompelde bladeren maximaliseren hun oppervlakte-volumeverhouding. Sommige soorten vullen hun kooldioxide-inname aan door een paar bladeren naar de oppervlakte te brengen om kooldioxide uit de lucht te absorberen.
Zonlicht absorberen
Voldoende zonlicht is ook moeilijk te verkrijgen voor ondergedoken plantensoorten. De hoeveelheid lichtenergie die door een onderwaterplant wordt geabsorbeerd, is minder dan de energie die beschikbaar is voor landplanten. Deeltjes in water zoals slib, mineralen, dierlijk afval en ander organisch afval verminderen de hoeveelheid licht die in het water komt. Chloroplasten in deze planten bevinden zich vaak op het oppervlak van het blad om de blootstelling aan licht te maximaliseren. Naarmate de diepte onder het oppervlak toeneemt, neemt de hoeveelheid zonlicht die beschikbaar is voor waterplanten af. Sommige plantensoorten hebben anatomische, cellulaire of biochemische aanpassingen waardoor ze fotosynthese met succes kunnen uitvoeren in diep of troebel water, ondanks de verminderde beschikbaarheid van zonlicht.
Andere aquatische producenten
Veel andere organismen dan planten vervullen de rol van producent in aquatische ecosystemen. Sommige vormen van bacteriën, maar ook algen en andere protisten voeren fotosynthese uit. Kolonies van eencellige algen werken samen om de macroalg kelp te vormen, algemeen bekend als zeewier.
