Rośliny są producentami. Zamiast spożywać żywność, aby uzyskać energię, robią własne. W procesie fotosyntezy rośliny pobierają energię ze światła słonecznego i przekształcają ją w energię chemiczną zmagazynowaną w węglowodanach. Fotosynteza obejmuje te same cząsteczki i reakcje chemiczne w roślinach lądowych i wodnych. Rośliny pływające fotosyntetyzują się podobnie jak rośliny rosnące na lądzie. Jednak proces ten stanowi większe wyzwanie dla roślin wodnych, jeśli są one całkowicie zanurzone pod powierzchnią wody.
Podstawy fotosyntezy
Liście są głównym miejscem fotosyntezy. Liście zawierają chloroplasty, które są organellami w komórkach roślinnych, w których zachodzi fotosynteza. Chloroplasty zawierają cząsteczki chlorofilu, które pochłaniają światło widzialne, głównie o długości fali czerwonej i niebieskiej. Tylko kilka cząsteczek chlorofilu absorbuje zielone fale. W rezultacie rośliny wydają się zielone, ponieważ odbijają więcej zielonego światła niż pochłaniają.
Rośliny wykorzystują cukier wytworzony podczas fotosyntezy do napędzania wzrostu, rozwoju, reprodukcji i naprawy. Cukry proste wytwarzane w procesie fotosyntezy wiążą się z bardziej złożonymi skrobiami, takimi jak celuloza, która zapewnia strukturę roślinom. Oprócz zapewnienia źródła pożywienia zwierzętom i innym konsumentom, fotosynteza usuwa również dwutlenek węgla ze środowiska i uzupełnia tlen.
Etapy fotosyntezy
Dwa etapy fotosyntezy to reakcje zależne od światła i niezależne od światła. Reakcje zależne od światła obejmują absorpcję światła słonecznego i rozkład cząsteczek wody na gazowy tlen, jony wodoru i elektrony. Celem tego etapu jest wychwycenie energii świetlnej i przekazanie jej elektronom w celu wytworzenia energetyzowanych cząsteczek, takich jak ATP. Produktem odpadowym tego etapu fotosyntezy jest tlen.
Drugi etap fotosyntezy, znany również jako cykl Calvina, wykorzystuje pobudzone cząsteczki powstałe w pierwszym etapie do rozszczepienia cząsteczek dwutlenku węgla pobranych ze środowiska rośliny. Rozpad cząsteczek dwutlenku węgla i wody w komórce powoduje powstawanie cząsteczek cukru. W szczególności sześć cząsteczek dwutlenku węgla i sześć cząsteczek wody daje jedną cząsteczkę glukozy, z sześcioma cząsteczkami tlenu wydzielanymi jako produkt uboczny.
Rośliny pływające
Rośliny wodne mogą pobierać dwutlenek węgla z powietrza lub wody, w zależności od tego, czy ich liście pływają, czy są pod wodą. Liście roślin pływających, takich jak lotos i lilie wodne, są narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Tego typu rośliny wodne nie wymagają specjalnych adaptacji do przeprowadzenia fotosyntezy. Mogą pobierać dwutlenek węgla z powietrza i uwalniać do powietrza tlen. Odsłonięte powierzchnie liści mają woskowaty naskórek, który łagodzi utratę wody do atmosfery, podobnie jak rośliny lądowe.
Uzyskiwanie dwutlenku węgla
Rośliny zanurzone, takie jak hornwort i trawy morskie, wykorzystują określone strategie, aby sprostać wyzwaniom związanym z prowadzeniem fotosyntezy pod wodą. Gazy, takie jak dwutlenek węgla, dyfundują znacznie wolniej w wodzie niż w powietrzu. Rośliny całkowicie zanurzone mają większe trudności z uzyskaniem potrzebnego dwutlenku węgla. Aby złagodzić ten problem, podwodnym liściom brakuje woskowej powłoki, ponieważ dwutlenek węgla jest łatwiej wchłaniany bez tej warstwy. Mniejsze liście mogą łatwiej wchłaniać dwutlenek węgla z wody, więc zanurzone liście maksymalizują stosunek powierzchni do objętości. Niektóre gatunki uzupełniają pobór dwutlenku węgla, wysuwając kilka liści na powierzchnię, aby wchłonąć dwutlenek węgla z powietrza.
Pochłanianie światła słonecznego
Również dla gatunków roślin zanurzonych trudno jest uzyskać odpowiednie nasłonecznienie. Ilość energii świetlnej pochłoniętej przez roślinę podwodną jest mniejsza niż energia dostępna dla roślin lądowych. Cząsteczki w wodzie, takie jak muł, minerały, odchody zwierzęce i inne szczątki organiczne, zmniejszają ilość światła wpadającego do wody. Chloroplasty w tych roślinach często znajdują się na powierzchni liścia, aby zmaksymalizować ekspozycję na światło. Wraz ze wzrostem głębokości pod powierzchnią zmniejsza się ilość światła słonecznego dostępnego dla roślin wodnych. Niektóre gatunki roślin mają adaptacje anatomiczne, komórkowe lub biochemiczne, które pozwalają im z powodzeniem przeprowadzać fotosyntezę w głębokiej lub mętnej wodzie pomimo zmniejszonej dostępności światła słonecznego.
Inni producenci wodni
Wiele organizmów innych niż rośliny pełni rolę producenta w ekosystemach wodnych. Niektóre formy bakterii, a także algi i inne protisty wykonują fotosyntezę. Kolonie jednokomórkowych glonów współpracują ze sobą, tworząc wodorosty makroglonów, powszechnie znane jako wodorosty.