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Wie kommt es, dass nur eine Handvoll Tiere Photosynthese betreiben können?


Soweit ich weiß, kommt die gesamte Energie, auf die Lebewesen angewiesen sind, von der Sonne. Es wird von Pflanzen bei der Photosynthese verarbeitet. Diese Pflanzen werden von Pflanzenfressern verzehrt, die wiederum von Fleischfressern verzehrt werden. Auf diese Weise rieselt Energie nach unten, wobei die Photosynthese die entscheidende Grundlage für alle anderen Schichten ist.

Vor ein paar Tagen habe ich mich gefragt, warum Tiere keine Photosynthese betreiben? Diese Geschichte handelt von einigen exotischen Tieren, die Photosynthese betreiben können, aber sie scheinen ein Randfall zu sein.

Es scheint eine Faustregel zu geben: Wenn eine Kreatur Photosynthese betreiben kann, kann sie sich nicht bewegen. Warum ist das so? Wäre es für ein pflanzenfressendes Säugetier nicht von Vorteil, Zucker direkt aus Sonnenlicht herstellen zu können? Sie müssten überhaupt nicht grasen, sondern nur Wasser und Sonnenlicht finden. Es ist möglich, dass es ihnen leichter fällt, Raubtieren auszuweichen und in mehr Territorium vorzudringen.

Können Sie sich einen guten Grund vorstellen, warum solche Kreaturen nie zum Mainstream wurden?


Es dreht sich alles um Energie.

Es wird geschätzt, dass 5000 Quadratmeter Pflanzen benötigt werden, um den durchschnittlichen Menschen in der entwickelten Welt zu ernähren, während dieselbe Quelle unter idealen Bedingungen mit 700 Quadratmetern das niedrigste für einen Menschen möglich ist. Im Vergleich dazu bedeckt die durchschnittliche Person weniger als 1 Quadratmeter. Obwohl es viel Abfall gibt (Tiere können nur wenige Prozent der Energie, die die Pflanze produziert, fressen), ist die durch die Photosynthese verfügbare Gesamtenergie immer noch um Größenordnungen kleiner als der Tagesbedarf eines typischen Tieres.

Selbst im Fall der von Ihnen verlinkten Schnecke (von der Sie erwarten würden, dass sie für ein bewegliches Tier so wenig Energie wie möglich benötigt), scheint es, dass sie wenig oder keine ihrer tatsächlichen Energie aus der Photosynthese erhält.

Daher ist die Photosynthese auf Leben beschränkt, das einen außergewöhnlich niedrigen Energiebedarf hat, was typischerweise bedeutet, dass sie stationär sind (oder sich sehr, sehr langsam bewegen, wie es im Fall einiger Pflanzen der Fall ist). Sobald Sie sich an eine mobile, energiereichere Nische gewöhnen, benötigen Sie Zugang zu viel mehr Energie, als die Photosynthese liefern kann.


Die von der Sonne kommende Energiemenge ist begrenzt (ca. 750 W/m^2, senkrecht zum einfallenden Licht). Es braucht vergleichsweise viel Energie, um sich zu bewegen, so dass sich ein photosynthetisches Tier nicht viel oder sehr oft bewegen könnte. (Und tatsächlich tun die bekannten Beispiele dies nicht.)


Überraschende Forschung zeigt, dass Photosynthese so alt sein könnte wie das Leben selbst

Der Befund stellt auch die Erwartungen in Frage, wie sich das Leben auf anderen Planeten entwickelt haben könnte. Es wird angenommen, dass die Evolution der Photosynthese, die Sauerstoff produziert, der Schlüsselfaktor für die letztendliche Entstehung von komplexem Leben ist. Es wurde angenommen, dass die Entwicklung mehrere Milliarden Jahre dauert, aber wenn das früheste Leben dies tatsächlich tun könnte, dann haben andere Planeten möglicherweise viel früher komplexes Leben entwickelt als bisher angenommen.

„Jetzt wissen wir, dass Photosystem II Evolutionsmuster aufweist, die normalerweise nur den ältesten bekannten Enzymen zugeschrieben werden, die für die Entwicklung des Lebens selbst entscheidend waren.“ — Dr. Tanai Cardona

Das Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Imperial College London verfolgte die Entwicklung von Schlüsselproteinen, die für die Photosynthese benötigt werden, möglicherweise bis zum Ursprung des bakteriellen Lebens auf der Erde. Ihre Ergebnisse werden veröffentlicht und sind frei zugänglich in BBA – Bioenergetik.

Der leitende Forscher Dr. Tanai Cardona vom Department of Life Sciences bei Imperial sagte: „Wir hatten zuvor gezeigt, dass das biologische System zur Durchführung der Sauerstoffproduktion, bekannt als Photosystem II, extrem alt war, aber bis jetzt waren wir es noch nicht in der Lage, es auf die Zeitachse der Lebensgeschichte zu setzen.

“Jetzt wissen wir, dass Photosystem II Evolutionsmuster aufweist, die normalerweise nur den ältesten bekannten Enzymen zugeschrieben werden, die für die Entwicklung des Lebens selbst entscheidend waren.“

Frühe Sauerstoffproduktion

Die Photosynthese, die Sonnenlicht in Energie umwandelt, kann in zwei Formen auftreten: eine, die Sauerstoff produziert, und eine, die dies nicht tut. Die sauerstoffproduzierende Form wird meist erst später entwickelt, insbesondere mit dem Aufkommen von Cyanobakterien oder Blaualgen vor etwa 2,5 Milliarden Jahren.

Während einige Forschungen darauf hindeuten, dass es vorher Taschen mit sauerstoffproduzierender (sauerstoffhaltiger) Photosynthese gegeben haben könnte, wurde sie immer noch als Innovation angesehen, deren Entwicklung auf der Erde mindestens ein paar Milliarden Jahre dauerte.

Die neue Forschung zeigt, dass Enzyme, die in der Lage sind, den Schlüsselprozess der sauerstoffhaltigen Photosynthese durchzuführen – die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff – tatsächlich in einigen der frühesten Bakterien vorhanden sein könnten. Der früheste Beweis für das Leben auf der Erde ist über 3,4 Milliarden Jahre alt und einige Studien haben vorgeschlagen, dass das früheste Leben durchaus älter als 4,0 Milliarden Jahre sein könnte.

Kolonien von Cyanobakterien unter dem Mikroskop.

Wie die Evolution des Auges war die erste Version der sauerstoffhaltigen Photosynthese möglicherweise sehr einfach und ineffizient, da die frühesten Augen nur Licht wahrnahmen, die früheste Photosynthese war möglicherweise sehr ineffizient und langsam.

Auf der Erde brauchten Bakterien mehr als eine Milliarde Jahre, um den Prozess zu perfektionieren, der zur Evolution von Cyanobakterien führte, und zwei Milliarden Jahre mehr, bis Tiere und Pflanzen das Land eroberten. Diese Sauerstoffproduktion war jedoch so früh überhaupt vorhanden, dass in anderen Umgebungen, beispielsweise auf anderen Planeten, der Übergang zu komplexem Leben viel weniger Zeit hätte in Anspruch nehmen können.

Molekulare Uhren messen

Das Team machte seine Entdeckung, indem es die „molekulare Uhr“ wichtiger Photosyntheseproteine ​​verfolgte, die für die Wasserspaltung verantwortlich sind. Diese Methode schätzt die Evolutionsrate von Proteinen, indem sie die Zeit zwischen bekannten evolutionären Momenten betrachtet, wie dem Auftauchen verschiedener Gruppen von Cyanobakterien oder Landpflanzen, die heute eine Version dieser Proteine ​​​​tragen. Die berechnete Evolutionsrate wird dann in die Vergangenheit verlängert, um zu sehen, wann sich die Proteine ​​zum ersten Mal entwickelt haben.

„Wir könnten Photosysteme entwickeln, die komplexe neue grüne und nachhaltige chemische Reaktionen vollständig mit Licht durchführen könnten.“ — Dr. Tanai Cardona

Sie verglichen die Evolutionsrate dieser Photosyntheseproteine ​​mit der anderer Schlüsselproteine ​​in der Evolution des Lebens, einschließlich solcher, die Energiespeichermoleküle im Körper bilden, und solchen, die DNA-Sequenzen in RNA übersetzen, von der angenommen wird, dass sie vor den Vorfahren von entstanden ist alles zelluläre Leben auf der Erde. Sie verglichen die Rate auch mit Ereignissen, von denen bekannt ist, dass sie in jüngerer Zeit aufgetreten sind, als das Leben bereits vielfältig war und Cyanobakterien aufgetreten waren.

Die Photosyntheseproteine ​​zeigten nahezu identische Evolutionsmuster wie die ältesten Enzyme, die weit in die Vergangenheit zurückreichen, was darauf hindeutet, dass sie sich auf ähnliche Weise entwickelten.

Der Erstautor der Studie, Thomas Oliver vom Department of Life Sciences bei Imperial, sagte: „Wir haben eine Technik namens Ancestral Sequence Reconstruction verwendet, um die Proteinsequenzen der photosynthetischen Proteine ​​der Vorfahren vorherzusagen.

“Diese Sequenzen geben uns Informationen darüber, wie das Photosystem II der Vorfahren funktioniert hätte, und wir konnten zeigen, dass viele der Schlüsselkomponenten, die für die Sauerstoffentwicklung im Photosystem II erforderlich sind, bis in die frühesten Stadien der Evolution des Enzyms zurückverfolgt werden können.“

Lenkung der Evolution

Zu wissen, wie sich diese Schlüsselproteine ​​der Photosynthese entwickeln, ist nicht nur für die Suche nach Leben auf anderen Planeten relevant, sondern könnte Forschern auch helfen, Strategien zu finden, um die Photosynthese durch synthetische Biologie auf neue Weise zu nutzen.

Dr. Cardona, der ein solches Projekt im Rahmen seines UKRI Future Leaders Fellowship leitet, sagte: „Jetzt haben wir ein gutes Gespür dafür, wie sich Photosyntheseproteine ​​entwickeln und sich an eine sich verändernde Welt anpassen sie zu verändern, um neue Arten von Chemie herzustellen.

“Wir könnten Photosysteme entwickeln, die komplexe neue grüne und nachhaltige chemische Reaktionen vollständig mit Licht durchführen könnten.“


Futuristische Wissenschaft

Wissenschaftler verfolgen seit langem die Idee, Menschen mit Teilen von Tieren am Leben zu erhalten – ein Verfahren, das als Xenotransplantation bezeichnet wird. Aber es galt lange Zeit als unmöglich. Frühe Experimente zeigten, dass der Körper etwa fünf Minuten braucht, um ein Organ einer anderen Spezies abzustoßen. „Niemand würde es wagen, über die Durchführung klinischer Studien zur Xenotransplantation zu sprechen“, sagt Leo Bühler, Präsident der International Xenotransplantation Association.

Damit eine Niere, ein Herz oder eine Lunge eines Schweins einen Menschen am Leben erhält, muss das menschliche Immunsystem dazu gebracht werden, nicht zu erkennen, dass es von einer anderen Spezies stammt. Hier kommt die Crispr-Gen-Editing-Technologie ins Spiel, die es Forschern ermöglicht, an vielen Stellen gleichzeitig einen kompletten Satz von Genen gezielt zu verändern. Crispr – kurz für Clustered Regular Interspaced Short palindromic repeats – wurde von eGenesis verwendet, um eine Gruppe von Viren aus dem Schweinegenom zu eliminieren, von denen einige befürchten, dass sie nach einer Transplantation auf den Menschen übergehen könnten. Jetzt arbeiten sie auch daran, Marker zu entfernen, die Zellen als fremd identifizieren, damit das menschliche Immunsystem sie nicht abstößt

Wenning Qin in ihrem Labor bei eGenesis. Foto: Tony Luong/The Guardian


Photosynthese

Photosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid verwenden, um Sauerstoff und Energie in Form von Zucker zu erzeugen.

Grüne Baumblätter

Die Blätter der Pflanze sind grün, weil diese Farbe der Teil des Sonnenlichts ist, der von einem Pigment in den Blättern namens Chlorophyll reflektiert wird.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Shutterstock

Das meiste Leben auf der Erde hängt von der Photosynthese ab. Der Prozess wird von Pflanzen, Algen und einigen Bakterienarten durchgeführt, die Energie aus Sonnenlicht aufnehmen, um Sauerstoff (O2) und in Glukose (einem Zucker) gespeicherte chemische Energie. Pflanzenfresser erhalten diese Energie dann durch den Verzehr von Pflanzen und Fleischfresser erhalten sie durch den Verzehr von Pflanzenfressern.

Der Prozess

Pflanzen nehmen bei der Photosynthese Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) aus der Luft und dem Boden. Innerhalb der Pflanzenzelle wird das Wasser oxidiert, d. h. es verliert Elektronen, während das Kohlendioxid reduziert wird, d. h. Elektronen aufnimmt. Dadurch wird das Wasser in Sauerstoff und das Kohlendioxid in Glukose umgewandelt. Die Pflanze gibt dann den Sauerstoff wieder an die Luft ab und speichert Energie in den Glukosemolekülen.

In der Pflanzenzelle befinden sich kleine Organellen, sogenannte Chloroplasten, die die Energie des Sonnenlichts speichern. In den Thylakoidmembranen des Chloroplasten befindet sich ein lichtabsorbierendes Pigment namens Chlorophyll, das für die grüne Farbe der Pflanze verantwortlich ist. Während der Photosynthese absorbiert Chlorophyll Energie aus blauen und roten Lichtwellen und reflektiert grüne Lichtwellen, wodurch die Pflanze grün erscheint.

Lichtabhängige Reaktionen vs. lichtunabhängige Reaktionen

Obwohl der Prozess der Photosynthese viele Schritte hinter sich hat, kann er in zwei Hauptstadien unterteilt werden: lichtabhängige Reaktionen und lichtunabhängige Reaktionen. Die lichtabhängige Reaktion findet innerhalb der Thylakoidmembran statt und erfordert einen stetigen Sonneneinstrahlung, daher der Name Licht-abhängig Reaktion. Das Chlorophyll nimmt Energie aus den Lichtwellen auf, die in chemische Energie in Form der Moleküle ATP und NADPH umgewandelt wird. Das lichtunabhängige Stadium, auch Calvin-Zyklus genannt, findet im Stroma, dem Raum zwischen den Thylakoidmembranen und den Chloroplastenmembranen, statt und benötigt kein Licht, daher der Name Licht.unabhängig Reaktion. Während dieser Phase wird die Energie der ATP- und NADPH-Moleküle verwendet, um Kohlenhydratmoleküle wie Glukose aus Kohlendioxid aufzubauen.

Allerdings sind nicht alle Formen der Photosynthese gleich. Es gibt verschiedene Arten der Photosynthese, einschließlich der C3-Photosynthese und der C4-Photosynthese. Die C3-Photosynthese wird von den meisten Pflanzen genutzt. Es beinhaltet die Herstellung einer Drei-Kohlenstoff-Verbindung namens 3-Phosphoglycerinsäure während des Calvin-Zyklus, die zu Glucose wird. Die C4-Photosynthese hingegen erzeugt eine Vier-Kohlenstoff-Zwischenverbindung, die sich während des Calvin-Zyklus in Kohlendioxid und eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung aufspaltet. Ein Vorteil der C4-Photosynthese besteht darin, dass Pflanzen durch die Produktion eines höheren Kohlenstoffgehalts in Umgebungen ohne viel Licht oder Wasser gedeihen können.

Die Blätter der Pflanze sind grün, weil diese Farbe der Teil des Sonnenlichts ist, der von einem Pigment in den Blättern namens Chlorophyll reflektiert wird.


Diese Frage haben wir Howard Griffiths vom Department of Plant Sciences der Cambridge University gestellt.

Als mir diese Frage zur Rolle des Mondlichts bei der Photosynthese zum ersten Mal gestellt wurde, war meine erste Antwort keine Chance! Weil die Lichtintensität, die wir vom Mond reflektieren, in der Größenordnung von 100-1000 mal zu gering ist, um die Photosynthese in den meisten terrestrischen Topfpflanzen und Pflanzen, die wir in unserem Garten haben, zu unterstützen.

Ich habe jedoch ein wenig herumgestöbert und mir einige aktuelle Analysen der Photosyntheseraten in Algen angesehen. Erstaunlicherweise scheint es, dass einige Gruppen von sehr kleinem Phytoplankton mit dem Licht des Mondes Photosynthese betreiben könnten, vorausgesetzt, es befand sich in den Tropen und vorausgesetzt, es wurde nicht durch eine Wassersäule abgeschwächt, die dazu neigt, zu absorbieren exponentiell leuchten.

Die Antwort lautet also immer noch "wahrscheinlich nein", da Phytoplankton offensichtlich in einer Wassersäule wächst, sodass sie die Lichtintensität wahrscheinlich nicht wirklich aufnehmen können.

Es wirft jedoch auch eine Reihe interessanter Fragen auf, denn Pflanzen versuchen sicherlich, das Licht des Mondes zu meiden. Ich bin sicher, viele von Ihnen kennen das Falten der Blätter, das wir beim Klee wachsen sehen, der in Ihrem Rasen wächst und viele Pflanzen im Garten falten ihre Blätter nachts. Darwin interessierte sich dafür und dachte, dass es damit zu tun hatte, dass die Blätter nachts versuchten, ihr Wärmegleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Was unserer Meinung nach jetzt passiert, ist, dass die Blätter versuchen, Mondlicht zu vermeiden, um zu verhindern, dass ihre zirkadianen Rhythmen durch diese unterschiedlichen Lichtintensitäten gestört werden, da sie sicherlich auf Mondlicht reagieren. Tatsächlich ist heute bekannt, dass viele Tiere – so unterschiedliche Tiere wie Schlangen und Krokodile – und eine ganze Reihe von Pflanzen und verschiedenen Systemen, einschließlich des Menschen, sehr empfindlich auf Mondlicht reagieren und die Art und Weise, wie es unsere zirkadiane Kontrolle und unsere Wahrnehmung von Mondlicht unterbrechen kann Tageslänge.


Wie kommt es, dass nur eine Handvoll Tiere Photosynthese betreiben können? - Biologie

Durch die Nutzung der Energie des Sonnenlichts können Pflanzen Kohlendioxid und Wasser in einem Prozess namens . in Kohlenhydrate und Sauerstoff umwandeln Photosynthese. Da die Photosynthese Sonnenlicht benötigt, findet dieser Prozess nur tagsüber statt. Wir stellen uns das oft als Pflanzen vor, die „Kohlendioxid einatmen und „Sauerstoff ausatmen“. Allerdings ist der Vorgang nicht ganz so einfach. Genau wie Tiere, Pflanzen müssen Kohlenhydrate in Energie umwandeln. Dazu wird Sauerstoff benötigt. Dann Warum entleeren die Pflanzen all den Sauerstoff, den sie bei der Photosynthese produzieren? Die Antwort ist, Sie nicht. Pflanzen speichern tatsächlich eine kleine Menge des Sauerstoffs, den sie bei der Photosynthese produziert haben, und verwenden diesen Sauerstoff, um Kohlenhydrate abzubauen, um ihnen Energie zu geben.

Aber Was passiert nachts, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, das für die Photosynthese benötigt wird? Interessanterweise müssen Pflanzen, um ihren Stoffwechsel aufrechtzuerhalten und nachts weiter zu atmen, Sauerstoff aus der Luft aufnehmen und Kohlendioxid abgeben (genau das tun Tiere). Zum Glück für uns alle Sauerstoffatmer, Pflanzen produzieren tagsüber etwa zehnmal mehr Sauerstoff als sie nachts verbrauchen.

Pflanzen spalten Zucker mit den gleichen Prozessen wie wir in Energie um. Sauerstoff wird benötigt, um den Zucker in Kohlendioxid zu spalten, wodurch Energie freigesetzt wird, die die Pflanzen verwenden können, um am Leben zu bleiben.

Pflanzen nehmen jedoch auch Energie aus der Sonne (Licht), Kohlendioxid aus der Atmosphäre und Wasser aus dem Boden auf. Sie verwenden sie alle, um Zucker herzustellen und Sauerstoff freizusetzen. (Sie verwenden den „Kohlenstoff“ in Kohlendioxid, um das Zuckermolekül aufzubauen). Da es nachts kein Sonnenlicht gibt, können die Pflanzen auch ohne Licht am Leben bleiben.

Jedoch, Pflanzen verwenden Zucker, um so ziemlich alles zu bauen! Zellulose, der harte Stoff in Pflanzen, ist nur ein Bündel miteinander verbundener Zuckermoleküle. Wir können es zwar nicht verdauen, aber manche Tiere können es. In ähnlicher Weise produzieren Pflanzen Stärke (Zucker verbunden, aber nicht so fest), um Energie zu speichern, wenn es dunkel ist. Wir können Stärke verdauen.

Da die Pflanzen den von ihnen produzierten Zucker nicht nur für Energie verwenden, sie produzieren mehr Sauerstoff als sie verbrauchen.

Tolle Frage! Pflanzen produzieren Sauerstoff, denn bei der Photosynthese nehmen sie Kohlendioxid (CO .) auf2 eine Gasform von Kohlenstoff, der an zwei Sauerstoffmoleküle gebunden ist) und Wasser (H2O ein an zwei Wasserstoffatome gebundener Sauerstoff) und kombinieren sie mit Lichtenergie zu Zucker und Sauerstoff. Dieser speichert die Energie in chemischen Bindungen (in den Zuckern) und setzt O . frei2. Die chemische Gleichung dafür lautet:
6CO2 + 6H2 C6h12Ö6(Zucker) + 6O2

Die Pflanzen verwenden diese Zucker, wie wir sie konsumieren, zur Energiegewinnung. Pflanzen verwenden den Zucker, den sie produzieren, indem sie ihn oxidieren (mit O2, genau wie wir), um die in den Bindungen gespeicherte Energie freizusetzen. Sie setzen CO . frei2 (genau wie wir, wenn wir atmen). Wenn Pflanzen jedoch Photosynthese betreiben, setzen sie mehr O . frei2 während der Photosynthese, als sie bei der Atmung verbrauchen (Oxidation der Zucker, die sie gebildet haben). Sie geben den Sauerstoff durch die gleichen Poren ab, die das CO2 um in ihre Blattzellen einzudringen.

Die schnelle Antwort auf deine Frage lautet: Sauerstoff ist nur ein Abfallprodukt, wenn Pflanzen Photosynthese betreiben.

Pflanzen können zwei wichtige Dinge tun:
Sonnenenergie nutzen, um CO . umzuwandeln2 (Kohlendioxid) und H2O (Wasser) in Zucker (C6h12Ö6) mit Sauerstoff (O2) übrig bleiben. Das ist Photosynthese.

Und sie können:
Den Zucker abbauen (C6h12Ö6) in CO2 (Kohlendioxid) und H2O (Wasser), aber sie brauchen (O2) Sauerstoff, um es zu tun. Das ist Zellatmung.

Wir können nur das Zweite tun.
Die erster Hauptsatz der Thermodynamik sagt uns, dass Materie nicht erschaffen oder zerstört werden kann. Es kann nicht aus dem Nichts kommen und es kann nicht verschwinden. Es müssen also gleich viele Atome (C, H, O) ein- und austreten. Lass uns schreiben Photosynthese als ausgewogene Gleichung.

Photosynthese:
6CO2 + 6H2O gibt C6h12Ö6 + 6O2
Zählen Sie die Anzahl der Kohlenstoffatome auf jeder Seite des Pfeils. Wenn Sie sechs auf einer Seite haben, brauchen Sie sechs auf der anderen. Zähle nun die Wasserstoffatome. (6 x 2) auf einer Seite und 12 auf der anderen. Wie viele Sauerstoffatome befinden sich auf der linken Seite?
(6 x 2) + (6 x 1) = ___. Jetzt Wie viele Sauerstoffatome enthält die Glukose? 6.
So Sie haben Sauerstoffatome übrig. Das ist, wo die Ö2 kommt von. Es ist das Restmaterial bei der Zuckerherstellung. Genau wie wenn Sie etwas herstellen, verschwinden die abgeschnittenen Fetzen nicht. Die Pflanze atmet den Sauerstoff raus, was uns allen Tieren gut tut, weil wir ja bekanntlich Sauerstoff brauchen.

Könnte es Tiere ohne Pflanzen geben? Könnte es Pflanzen ohne Tiere geben?

Pflanzen produzieren Sauerstoff als Abfallprodukt bei der Zuckerherstellung unter Verwendung von Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser. Wenn eine Pflanze Energie braucht, aber kein Sonnenlicht hat, kann sie den Zucker verbrennen, den sie bei Sonnenlicht produziert hat, und benötigt dafür Sauerstoff.


Laub

Der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blatt (sowie der Verlust von Wasserdampf bei der Transpiration) erfolgt durch Poren, die so genannten Stomata (Singular = Stoma).

Normalerweise öffnen sich die Spaltöffnungen, wenn das Licht morgens auf das Blatt trifft, und schließen sich nachts. Die unmittelbare Ursache ist eine Veränderung des Turgors der Schließzellen. Die Innenwand jeder Schutzzelle ist dick und elastisch. Wenn sich innerhalb der beiden Schließzellen, die jedes Stoma flankieren, ein Turgor entwickelt, wölben sich die dünnen Außenwände nach außen und zwingen die Innenwände in eine Sichelform. Dadurch wird das Stoma geöffnet. Wenn die Schließzellen ihren Turgor verlieren, nehmen die elastischen Innenwände ihre ursprüngliche Form zurück und das Stoma schließt sich.

Zeit Osmotischer Druck lb/in 2
7 UHR MORGENS. 212
11 Uhr 456
17 Uhr 272
12 Uhr Mitternacht 191

Die Tabelle zeigt den zu verschiedenen Tageszeiten gemessenen osmotischen Druck in typischen Schließzellen. Der osmotische Druck in den anderen Zellen der unteren Epidermis blieb konstant bei 150 lb/in 2 (

1000 Kilopascal, kPa). Als der osmotische Druck der Schließzellen größer wurde als der der umgebenden Zellen, öffneten sich die Spaltöffnungen. Abends, wenn der osmotische Druck der Schließzellen fast auf den der umgebenden Zellen abfiel, schlossen sich die Spaltöffnungen.

Öffnung der Stomata

Der Anstieg des osmotischen Drucks in den Schließzellen wird durch eine Aufnahme von Kalium Ionen (K + ). Die Konzentration von K + in offenen Schließzellen übersteigt bei weitem die in den umgebenden Zellen. So sammelt es sich an:

  • Blaues Licht wird absorbiert von Phototropin die eine Protonenpumpe (eine H + -ATPase) in der Plasmamembran der Schließzelle aktiviert.
  • ATP, das durch die Lichtreaktionen der Photosynthese erzeugt wird, treibt die Pumpe an.
  • Wenn Protonen (H + ) aus der Zelle gepumpt werden, wird ihr Inneres zunehmend negativ.
  • Dadurch werden zusätzliche Kaliumionen in die Zelle gelockt und der osmotische Druck erhöht.

Schließen der Stomata

Obwohl offene Spaltöffnungen für die Photosynthese unerlässlich sind, setzen sie die Pflanze auch dem Risiko aus, durch Transpiration Wasser zu verlieren. Etwa 90 % des von einer Pflanze aufgenommenen Wassers geht durch die Transpiration verloren. Bei Angiospermen und Gymnospermen (aber nicht bei Farnen und Lycopsiden) ist Abscisinsäure (ABA) das Hormon, das das Schließen der Spaltöffnungen auslöst, wenn das Bodenwasser nicht ausreicht, um mit der Transpiration Schritt zu halten (was oft gegen Mittag auftritt).

  • ABA bindet an Rezeptoren an der Oberfläche der Plasmamembran der Schließzellen.
  • Die Rezeptoren aktivieren mehrere miteinander verbundene Pfade, die zusammenlaufen, um zu produzieren
    • ein Anstieg des pH-Wertes im Zytosol
    • Transfer von Ca 2+ aus der Vakuole in das Zytosol

    Offene Spaltöffnungen bieten auch eine Öffnung, durch die Bakterien in das Innere des Blattes eindringen können. Schließzellen haben jedoch Rezeptoren, die das Vorhandensein von Molekülen erkennen können, die mit Bakterien assoziiert sind, die als Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) bezeichnet werden. LPS und Flagellin sind Beispiele. Wenn die Schließzellen diese PAMPs erkennen, vermittelt ABA den Verschluss des Stomas und schließt damit die Tür zum Eindringen von Bakterien.

    Dieses System von angeborene Immunität ähnelt dem bei Tieren.

    Dichte der Stomata

    Die Dichte der auf wachsenden Blättern produzierten Spaltöffnungen variiert mit Faktoren wie dem Temperatur, Feuchtigkeit, und Lichtintensität rund um die Anlage. Es hängt auch von der Konzentration von . ab Kohlendioxid in der Luft um die Blätter. Die Beziehung ist invers das heißt, als die Konzentration von CO 2 steigt, die Anzahl der produzierten Stomata sinkt und umgekehrt. Einige Hinweise:

    • Pflanzen, die in einer künstlichen Atmosphäre mit hohem CO .-Gehalt gezüchtet werden 2 haben weniger Stomata als normal.
    • Herbarium-Exemplare zeigen, dass die Zahl der Spaltöffnungen einer bestimmten Art in den letzten 200 Jahren – der Zeit der industriellen Revolution und der steigenden CO .-Werte – zurückgegangen ist 2 in der Atmosphäre.

    Diese Daten können quantifiziert werden, indem die Stomata-Index: das Verhältnis der Anzahl der Spaltöffnungen in einem bestimmten Bereich geteilt durch die Gesamtanzahl der Spaltöffnungen und anderer Epidermiszellen in diesem Bereich.

    Wie bestimmt die Pflanze, wie viele Spaltöffnungen produziert werden sollen?

    Es stellt sich heraus, dass die reifen Blätter der Pflanze die Bedingungen um sie herum erkennen und ein Signal senden (seine Natur ist noch unbekannt - aber siehe unten * ), das die Anzahl der Spaltöffnungen anpasst, die sich auf den sich entwickelnden Blättern bilden.

    Zwei Experimente (berichtet von Lake et al., in Natur, 411:154, 10. Mai 2001):

    • Wenn die reifen Blätter der Pflanze (Arabidopsis) sind in Glasröhrchen mit hohem CO-Gehalt (720 ppm) eingeschlossen 2 , haben die sich entwickelnden Blätter weniger Spaltöffnungen als normal, obwohl sie in normaler Luft wachsen (360 ppm).
    • Umgekehrt, wenn den reifen Blättern normale Luft zugeführt wird (360 ppm CO 2 ) während der Spross hohem CO . ausgesetzt ist 2 (720 ppm) entwickeln sich die neuen Blätter mit dem normalen Stomataindex.

    * Ein Signal, das die Stomatadichte bei 2 Tage alten Arabidopsis-Keimlingen (ein anderer Versuchsaufbau als der oben genannte) erhöht, ist ein 45-Aminosäuren-Peptid namens Magen das von Mesophyllzellen freigesetzt wird und die Bildung von Spaltöffnungen in der darüber liegenden Epidermis induziert.

    Stomata zeigen frühere Kohlendioxidwerte

    Weil CO 2 Spiegel und Stomata-Index stehen in einem umgekehrten Zusammenhang, könnten fossile Blätter uns über vergangene CO .-Werte verraten 2 in der Atmosphäre? Jawohl. Wie von Gregory Retallack (in Natur, 411:287, 17. Mai 2001) zeigt seine Untersuchung der fossilen Blätter des Ginkgo und seiner Verwandten:

    • ihre Stomata-Indizes waren hoch spät im Perm (vor 275 &ndash 290 Millionen Jahren) und erneut im Pleistozän (vor 1 &ndash 8 Millionen Jahren). Von diesen beiden Perioden ist aus geologischen Beweisen bekannt, dass sie Zeiten von . waren niedrig atmosphärischen Kohlendioxidgehalts und Eiszeiten (mit Gletschern).
    • Umgekehrt waren die Stomata-Indizes niedrig während der Kreidezeit, einer Zeit mit hohem CO .-Gehalt 2 Niveaus und warmes Klima.

    Diese Studien belegen auch die Bedeutung von Kohlendioxid als Treibhausgas, das eine wichtige Rolle bei der globalen Erwärmung spielt.


    Photosynthese-Prozess Schritt für Schritt

    Photosynthese ist per Definition ein Prozess, bei dem Photoautotrophe die von der Sonne gewonnene Energie in nutzbare chemische Energie umwandeln. Licht, Wasser, Chlorophyll und Kohlendioxid sind die Grundvoraussetzungen für diesen Prozess.

    Schritt 1

    Kohlendioxid in der Atmosphäre dringt durch Spaltöffnungen in das Pflanzenblatt ein, d. h. winzige epidermale Poren in den Blättern und Stängeln von Pflanzen, die die Übertragung verschiedener Gase und Wasserdampf erleichtern.

    Schritt 2

    Wasser dringt hauptsächlich durch die Wurzeln in die Blätter ein. Diese Wurzeln sind speziell dafür ausgelegt, das Grundwasser anzusaugen und durch den Stängel zu den Blättern zu transportieren.

    Schritt 3

    Wenn Sonnenlicht auf die Blattoberfläche fällt, fängt das Chlorophyll, d. h. das im Pflanzenblatt vorhandene grüne Pigment, die darin enthaltene Energie ein. Interessanterweise wird die grüne Farbe des Blattes auch auf das Vorhandensein von Chlorophyll zurückgeführt.

    Schritt 4

    Dann werden Wasserstoff und Sauerstoff durch die Umwandlung von Wasser mit der von der Sonne gewonnenen Energie erzeugt. Wasserstoff wird mit Kohlendioxid kombiniert, um Nahrung für die Pflanze herzustellen, während Sauerstoff durch die Spaltöffnungen freigesetzt wird. Auch Algen und Bakterien verwenden Kohlendioxid und Wasserstoff, um Nahrung zuzubereiten, während Sauerstoff als Abfallprodukt abgegeben wird.

    Die Elektronen aus den Chlorophyllmolekülen und Protonen aus den Wassermolekülen erleichtern chemische Reaktionen in der Zelle. Diese Reaktionen produzieren ATP (Adenosintriphosphat), das Energie für zelluläre Reaktionen liefert, und NADP (Nicotinamidadenindinukleotiddiphosphat), das für den Pflanzenstoffwechsel essentiell ist.

    Der gesamte Prozess kann durch eine einzige chemische Formel erklärt werden.

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    Während wir Sauerstoff aufnehmen und Kohlendioxid abgeben, um Energie zu erzeugen, nehmen Pflanzen Kohlendioxid auf und geben Sauerstoff ab, um Energie zu erzeugen.

    Die Photosynthese hat mehrere Vorteile, nicht nur für die Photoautotrophen, sondern auch für Mensch und Tier. Die in Pflanzen gespeicherte chemische Energie wird beim Verzehr von Pflanzenmaterial auf Tiere und Menschen übertragen. Es hilft auch bei der Aufrechterhaltung eines normalen Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre. Fast der gesamte in der Atmosphäre vorhandene Sauerstoff ist auf diesen Prozess zurückzuführen, was auch bedeutet, dass Atmung und Photosynthese zusammengehören.

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    Hauptstrukturen und Zusammenfassung der Photosynthese

    Die Photosynthese benötigt Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser als Ausgangsreaktanten (Abbildung 4). Nachdem der Prozess abgeschlossen ist, setzt die Photosynthese Sauerstoff frei und produziert Kohlenhydratmoleküle, am häufigsten Glukose. Diese Zuckermoleküle enthalten die Energie, die Lebewesen zum Überleben brauchen.

    Abbildung 4. Die Photosynthese nutzt Sonnenenergie, Kohlendioxid und Wasser, um Sauerstoff freizusetzen und energiespeichernde Zuckermoleküle zu produzieren.

    Die komplexen Reaktionen der Photosynthese lassen sich durch die in Abbildung 5 gezeigte chemische Gleichung zusammenfassen.

    Abbildung 5. Der Prozess der Photosynthese kann durch eine Gleichung dargestellt werden, in der Kohlendioxid und Wasser Zucker und Sauerstoff mit Energie aus Sonnenlicht produzieren.

    Obwohl die Gleichung einfach aussieht, sind die vielen Schritte, die während der Photosynthese ablaufen, tatsächlich ziemlich komplex, so wie die Reaktion, die die Zellatmung zusammenfasst, viele einzelne Reaktionen darstellt. Bevor Sie die Details erfahren, wie Photoautotrophe Sonnenlicht in Nahrung umwandeln, ist es wichtig, sich mit den beteiligten physikalischen Strukturen vertraut zu machen.

    Bei Pflanzen findet die Photosynthese hauptsächlich in Blättern statt, die aus vielen Zellschichten bestehen und eine differenzierte Ober- und Unterseite aufweisen. Der Prozess der Photosynthese findet nicht auf den Oberflächenschichten des Blattes statt, sondern in einer mittleren Schicht, dem Mesophyll (Abbildung 6). Der Gasaustausch von Kohlendioxid und Sauerstoff erfolgt durch kleine, regulierte Öffnungen, die Stomata genannt werden.

    Bei allen autotrophen Eukaryoten findet die Photosynthese innerhalb einer Organelle statt, die als Chloroplasten bezeichnet wird. In Pflanzen existieren chloroplasthaltige Zellen im Mesophyll. Chloroplasten haben eine doppelte (innere und äußere) Membran. Innerhalb des Chloroplasten befindet sich eine dritte Membran, die gestapelte, scheibenförmige Strukturen bildet, die als Thylakoide bezeichnet werden. Eingebettet in die Thylakoidmembran sind Chlorophyllmoleküle, ein Pigment (ein Molekül, das Licht absorbiert), durch das der gesamte Prozess der Photosynthese beginnt. Chlorophyll ist für die grüne Farbe der Pflanzen verantwortlich. Die Thylakoidmembran umschließt einen Innenraum, der als Thylakoidraum bezeichnet wird. Andere Arten von Pigmenten sind ebenfalls an der Photosynthese beteiligt, aber Chlorophyll ist bei weitem das wichtigste. Wie in Abbildung 6 gezeigt, wird ein Stapel von Thylakoiden als Granum bezeichnet, und der Raum, der das Granum umgibt, wird als Stroma bezeichnet (nicht zu verwechseln mit Stomata, den Öffnungen auf den Blättern).

    Kunstverbindung

    Abbildung 6. Nicht alle Zellen eines Blattes betreiben Photosynthese. Zellen in der mittleren Blattschicht haben Chloroplasten, die den Photosyntheseapparat enthalten. (Kredit “leaf”: Änderung der Arbeit von Cory Zanker)

    An einem heißen, trockenen Tag schließen Pflanzen ihre Spaltöffnungen, um Wasser zu sparen. Welche Auswirkungen wird dies auf die Photosynthese haben?


    Wie gewinnen Pflanzen und Tiere Energie?

    Pflanzen nehmen Sonnenenergie auf und nutzen Photosynthese, um Zucker herzustellen. Tiere haben Mitochondrien, die den von Pflanzen bereitgestellten Zucker verwenden, um ihre eigene Zellenergie zu produzieren. Pflanzen, die ihre eigene Nahrung und Nahrung für andere Pflanzen und Tiere durch Photosynthese produzieren, werden als Autotrophe bezeichnet.

    Die Sonne liefert Energie für Pflanzen, die sie in ihre Chloroplasten aufnehmen. Chloroplasten verwenden diese Energie, um Zuckermoleküle zu erzeugen, die den Pflanzen beim Wachsen und Vermehren helfen. Dann kommen Tiere und fressen die Pflanzen und nehmen ihre Energie auf. Sie nutzen die aus den Pflanzen gewonnene Energie zur eigenen Energiegewinnung und wandeln diese in Wasser und Kohlendioxid um. Pflanzen nutzen das Kohlendioxid und das Wasser, und der Kreislauf beginnt von neuem. Um Energie zu gewinnen, müssen Tiere nicht immer Pflanzen essen. Sie können auch Energie gewinnen, indem sie andere Tiere essen, die Pflanzen fressen.

    In Pflanzen und Tieren laufen viele verschiedene Prozesse ab, die Energie benötigen. Synthetische Arbeit beinhaltet Dinge wie die Produktion von DNA, und es erfordert Energie, um zu funktionieren. Die mechanische Arbeit, die bei der Bewegung der Muskeln anfällt, erfordert Energie, ebenso wie die elektrischen Impulse, die vom Gehirn zum Rest des Körpers gelangen. Ohne genügend Energie werden diese Prozesse schwierig oder unmöglich.


    Photosynthese, Zellatmung und Fermentation

    Dank unserer Untersuchung von Pflanzenzellen haben Sie bereits ein wenig über die Photosynthese gelernt. Sie haben gelernt, dass die Photosynthese in den Chloroplasten stattfindet, die nur in Pflanzenzellen vorkommen. Lassen Sie uns darüber nachdenken, was Sie sonst noch gelernt haben.

    Sie haben bereits gelernt, dass es bei Lebensmitteln zwei grundlegende Arten von Organismen gibt: Erzeuger und Verbraucher. Die Produzenten können ihr Essen selbst herstellen. Die Verbraucher bekommen die Nahrung, die sie brauchen, indem sie andere Organismen essen. Sie haben gelernt, dass nur Pflanzen Produzenten sind und dass sie ihre eigene Nahrung herstellen, indem sie Wasser kombinieren (H2O), Kohlendioxid (CO2) und Sonnenenergie zur Zuckerproduktion (C6h12Ö6) und Sauerstoff (O2). Dieser Vorgang, wie Sie gelernt haben, wird Photosynthese genannt. Bei der Zuckerherstellung binden Pflanzenzellen auch einen Teil der Energie, die sie aus dem Sonnenlicht gewonnen haben, in das Zuckermolekül.

    OK großartig. Wie also erhalten Zellen (denken Sie daran, dass sowohl Pflanzen- als auch Tierzellen Energie benötigen und keiner die von der Sonne bereitgestellte Energie direkt nutzen kann) die Energie aus dem Zuckermolekül herausholen? Sie tun dies mit einem Prozess namens Zellatmung. Bei der Zellatmung verwenden Zellen Sauerstoff, um das Zuckermolekül zu brechen. Dadurch wird die Energie freigesetzt, die dann auf ein ATP-Molekül (Adenosintriphosphat) übertragen wird. ATP ist der Brennstoff, den Zellen zur Energiegewinnung benötigen. Und wo findet die Zellatmung statt? Wie Sie erfahren haben, geschieht dies in diesen praktischen Mitochondrien.

    Sie kennen also wirklich alle Grundlagen. Es gibt nur ein paar Details, die Sie lernen müssen, und sie werden in Abschnitt 1 von Kapitel 5 Ihres Lehrbuchs und natürlich direkt hier behandelt. Beginnen wir mit der Photosynthese

    Photosynthese

    Betrachtet man Pflanzenzellen unter dem Mikroskop und vergleicht sie mit tierischen Zellen, fallen einem sofort zwei Dinge auf. Zuerst würden Sie die Zellwand bemerken, die die Pflanzenzelle umgibt. Sie würden es genauso bemerken, wie Robert Hooke es bemerkt hat. Das zweite, was Sie bemerken würden, ist, dass eine Pflanzenzelle grün ist und eine Tierzelle im Grunde klar ist. Wenn Sie eine relativ große Pflanzenzelle betrachten und ein Mikroskop wie in der Schule verwenden, würden Sie feststellen, dass nicht die gesamte Pflanzenzelle grün ist. Stattdessen würden Sie feststellen, dass sich innerhalb der Pflanzenzelle große grüne Objekte befinden. Diese großen grünen Objekte sind natürlich Chloroplasten. Und der Grund dafür, dass sie grün sind, ist, dass sie ein grünes Pigment namens Chlorophyll enthalten.

    Schauen Sie sich diese Illustration aus Ihrem Buch an:

    Ist Ihnen aufgefallen, dass die chemische Formel, die die Photosynthese definiert, ein wenig anders aussieht, als Sie sie ursprünglich gelernt haben? Statt CO2 + H2O + Licht zeigt 6CO . an2 + 6H2O + Licht. Das liegt daran, dass chemische Gleichungen, genau wie mathematische Gleichungen, ausgeglichen sein müssen. Die ursprüngliche Formel benötigt ein Kohlenstoffatom (so viele Kohlenstoffatome sind in CO2), 2 Wasserstoffatome (so viele Wasserstoffatome gibt es in H2O) und 3 Sauerstoffatome (2 davon in CO2 und einer, der in H . ist2O) und verwandelt es in Glucose (die 6 Kohlenstoffatome, 12 Wasserstoffatome und 6 Sauerstoffatome enthält) und ein Sauerstoffmolekül (O2, das 2 Sauerstoffatome enthält). Das passt einfach nicht zusammen! Sie können 1 Kohlenstoffatom nicht auf magische Weise aus CO . umwandeln2 in 6 Kohlenstoffatome in C6h12Ö6. But if you do the math with the formula in the illustration above, you'll see that the number of atoms of carbon, oxygen, and hydrogen on both sides of the equation are correct. You will get way more practice balancing chemical equations when you study chemistry in 8th grade science.

    Zellatmung

    It is tempting to think of cellular respiration as the opposite of photosynthesis. If you look at the illustration from our book, below, you'll see why:

    Do you see the way the chemical formula for cellular respiration is the reverse of the chemical formula for photosynthesis? The only real difference is that in one, the energy is sunlight and in the second, the energy is the ATP molecule. It's that reversal that makes many people think of photosynthesis and cellular respiration as being opposites. Sie sind nicht! Rather, they are complementary to one another. Without photosynthesis, there would be no sugar, without which there could be no cellular respiration. On the other hand, cellular respiration produces the H2O und CO2 that are needed for photosynthesis. It's really important for you to remember that cellular respiration in eukaryotic cells takes place in the mitochondria. Both animal cells and plant cells depend on cellular respiration for their energy needs, because both animal cells and plant cells need ATP. Plant cells may be able to use the energy from the sun to make sugar, but they can't use the sun's energy as fuel. They need ATP the same way that animal cells do, and ATP can only be formed through cellular respiration. The illustration below from your book shows the way that photosynthesis and cellular respiration complement each other.

    Do you see what I don't like about this illustration? Is it clear from this illustration that plant cells also have mitochondria? Not clear enough, in my opinion! So remember! Plant cells have mitochondria, too!

    Fermentation

    What happens when there is not enough oxygen to keep the cellular respiration reaction alive? Your book makes it seem like the answer is very simple. Let's start with the simple answer in your book. If there is not enough oxygen for cells to perform cellular respiration, they resort to another method of producing energy called fermentation. They still break down the sugar molecule to release the energy so that it can be transferred to an ATP molecule, but they do it without oxygen. In cellular respiration, CO2 und H2O are produced along with the energy. In fermentation, CO2 and something called lactic acid are produced. Just like your book explains, you've probably experienced fermentation yourself when you've had to run the Wednesday mile and you've really pushed yourself to get a good grade. You know that burning or stinging sensation that you feel in your muscles when you push yourself running? That's caused by a buildup of lactic acid in your muscles. No matter how hard your lungs and heart work to get oxygen to the cells in your leg muscles, they still aren't getting enough to produce all the energy they need through cellular respiration. So, they are forced to switch to fermentation, and lactic acid is produced.

    There are some organisms that get all of their energy needs from fermentation. One common example is yeast. Jep. That same stuff that you drop into the bread maker. You should have noticed that there were lots of bubbles in the tubes containing the yeast and sugar water in our classroom. You've already seen live yeast cells in class that I projected from a microscope to the screen. A few classes got lucky and were able to see some yeast cells that were in the process of reproducing. I know you're going to be happy to hear this: yeast cells reproduce by budding! Just when you thought it was safe to forget all about budding and the pain it has caused you on past tests, it's back!

    So how does yeast make bread rise? It's pretty simple, really. Bread is made mostly of flour. You probably already know that bread is "carbs", or carbohydrates. Do you remember what carbohydrates are? That's right, they are just long strings of sugar molecules. Yeast uses those sugar molecules to get the energy it needs, and in the process it creates CO2. That CO2 makes bubbles inside of the bread dough, and those bubbles make the dough get larger, or rise.

    There is another way that fermentation caused by yeast is important. Grape juice also contains a lot of sugar. When yeast is added to grape juice, it uses the sugar for energy. Yes, it produces CO2, but it also produces alcohol. That's how grape juice is turned into wine!

    The Global Warming Connection

    Remember An Inconvenient Truth, the Al Gore documentary movie? One of the scenes in the movie showed the earth at night as photographed from space. Vice President Gore said that the large red areas were forests burning. There are plenty of naturally-occurring forest fires, but humans purposely set forests ablaze, too. In Brasil, for example, parts of the rainforest are burned to create more land for crops and housing. Think about what this means for global warming.

    Global warming is caused by too much carbon dioxide in the atmosphere. The carbon dioxide acts as a blanket. When sunlight hits the earth, it can't radiate back into space because of the carbon dioxide and other greenhouse gases that are present in the atmosphere. So, the earth gets hotter.

    Burning forests is a double-whammy. First, removing trees means that they aren't there anymore to convert carbon dioxide into sugar and oxygen. Second, when we burn the trees, we are releasing all of the carbon dioxide that they have collected. When mitochondria combine glucose with oxygen to produce energy, they are "burning" the sugar through a process called oxidation. There are many examples of oxidation in real life. When a nail gets rusty, that's oxidation. And, of course, when something burns, that's oxidation, too. The only difference between rusting, burning, and the way that mitochondria release the energy from a glucose molecule is the speed of the reaction. Rusting is very slow oxidation and burning is very fast oxidation. So burning the sugar in the trees is just a very fast version of what mitochondria do: the sugar releases carbon dioxide and energy in the form of heat. Some trees have been alive for hundreds or even thousands of years! So when we burn them, we are releasing hundreds or thousands of years worth of "captured" carbon dioxide.

    That's it, folks. If you can remember the chemical formula for both photosynthesis and cellular respiration, if you can explain how the two processes complement one another, and if you can explain what happens when there is not enough oxygen for cellular respiration, then you've learned what you need to have learned.

    These videos will help you to understand photosynthesis and cellular respiration. Don't be afraid of the complicated scientific vocabulary! You will understand more than you think if you just stop once in a while and try to make a connection between what is going on in the video and what you have already learned.


    Schau das Video: Plants animals and photosynthesis (Januar 2022).