Ikdienā mēs bieži redzam augus augam un ziedam, taču reti aizdomājamies par to, kā viņi iegūst enerģiju, lai to visu paveiktu. Atšķirībā no dzīvniekiem un cilvēkiem, kas barojas ar pārtiku, augi savu enerģiju iegūst, izmantojot gaismu. Šis process saucas fotosintēze – viens no svarīgākajiem un pārsteidzošākajiem dabas mehānismiem, bez kura dzīvība uz Zemes nemaz nebūtu iespējama. Šajā rakstā apskatīsim fotosintēzi vienkāršiem vārdiem – ko tas nozīmē, kā tas notiek un kāpēc tas ir tik nozīmīgi ne tikai augiem, bet arī mums visiem.
Kas ir fotosintēze?
Fotosintēze ir process, kurā augi, aļģes un daži mikroorganismi ar saules gaismas palīdzību pārvērš ūdeni un oglekļa dioksīdu (CO₂) barības vielās – galvenokārt glikozē – un ražo arī skābekli kā blakusproduktu. Šis ir dabas veids, kā radīt “pārtiku” un vienlaikus uzturēt skābekļa līmeni mūsu atmosfērā.
Vienkāršoti sakot, fotosintēzes process izskatās šādi:
Saules gaisma + ūdens + oglekļa dioksīds → glikoze + skābeklis
Augs izmanto gaismu kā enerģijas avotu, lai “pagatavotu” sev nepieciešamo barību no elementārām vielām. Tādā veidā tas kļūst gan par ražotāju, gan enerģijas pārveidotāju dabas ciklā.
Kur augā notiek fotosintēze?
Fotosintēze notiek auga lapās, jo tieši tur atrodas šūnas ar hloroplastiem – sīkām struktūrām, kas satur zaļo pigmentu hlorofilu. Hlorofils ir kā saules enerģijas “ķērājs” – tas absorbē saules gaismu un pārvērš to ķīmiskajā enerģijā, ko augs var izmantot. Tāpēc lielākā daļa augu ir zaļi – zaļā krāsa nāk tieši no hlorofila.
Lai fotosintēze notiktu, nepieciešami trīs galvenie elementi:
- Gaisma – parasti no saules, bet var būt arī mākslīgais apgaismojums.
- Ūdens – uzsūcas no augsnes caur saknēm un nonāk lapās.
- Oglekļa dioksīds (CO₂) – gāze, ko augs uzņem caur mikroskopiskiem atvērumiem lapu virsmā (tos sauc par atvārsnītēm).
Kad šie elementi ir pieejami, augs sāk fotosintēzes procesu, kura laikā izveido glikozi (cukuru, ko izmanto kā enerģiju) un izdala skābekli gaisā.
Kāpēc fotosintēze ir svarīga cilvēkiem?
Lai gan fotosintēze notiek augos, tās ietekme ir nenovērtējama arī cilvēkiem. Pirmkārt, augi ražo skābekli, ko mēs ieelpojam. Aptuveni 70% no Zemes skābekļa tiek saražots jūrās augu planktona un aļģu ceļā, bet pārējais nāk no sauszemes augiem, īpaši mežiem.
Otrkārt, bez fotosintēzes nebūtu barības ķēdes – visi dzīvnieki, ieskaitot cilvēkus, ir atkarīgi no augiem kā barības avota (tieši vai netieši). Augi ir pirmais posms šajā ķēdē, jo viņi vienīgie spēj radīt barības vielas no neorganiskām vielām.
Turklāt fotosintēze palīdz samazināt oglekļa dioksīda daudzumu atmosfērā, kas ir būtisks faktors klimata pārmaiņu mazināšanā. Augi burtiski attīra gaisu, vienlaikus radot enerģiju sev un skābekli mums.
Raksta otrajā daļā aplūkosim, kas ietekmē fotosintēzes efektivitāti, kā cilvēks var to uzlabot, kā arī dažus interesantus piemērus no dabas.
Kas ietekmē fotosintēzes efektivitāti?
Iepriekš apskatījām, kā fotosintēze notiek un kāpēc tā ir būtiska gan augiem, gan cilvēkiem. Taču svarīgi zināt, ka fotosintēzes efektivitāte nav nemainīga – to ietekmē vairāki ārējie un iekšējie faktori. Ja kāds no šiem apstākļiem nav optimāls, augs nevar pilnvērtīgi ražot barības vielas un var palēnināt augšanu.
- Gaismas daudzums – fotosintēze ir tieši atkarīga no gaismas pieejamības. Augiem, kas atrodas ēnā vai telpās bez pietiekama apgaismojuma, fotosintēze notiek lēnāk. Savukārt pārāk intensīva gaisma, īpaši karstā laikā, var bojāt lapas.
Risinājums: Nodrošini piemērotu gaismas daudzumu katram augam – daži dod priekšroku spilgtai saulei, citi – izkliedētai gaismai. Telpaugiem iespējams izmantot arī speciālas audzēšanas lampas. - Ūdens pieejamība – bez ūdens fotosintēze nevar notikt, jo tas ir viens no procesa pamatelementiem. Ja augam trūkst ūdens, tas aizver lapu atvārsnītes, lai taupītu mitrumu, taču vienlaikus tiek bloķēta oglekļa dioksīda uzņemšana.
Risinājums: Laisti augus atbilstoši to vajadzībām – ne pārāk reti, bet arī nepārlaisti. Palīdzi augsnei saglabāt mitrumu ar mulčēšanu. - Oglekļa dioksīda koncentrācija – CO₂ ir būtiska izejviela fotosintēzei. Lielāka tā koncentrācija var palielināt fotosintēzes ātrumu (līdz noteiktam līmenim), bet pārāk mazs daudzums to ievērojami palēnina.
Risinājums: Telpās regulāri vēdini vai izmanto CO₂ bagātinātas augu lampas, ja audzēšana notiek slēgtā vidē (piemēram, siltumnīcā). - Temperatūra – katram augam ir sava optimālā temperatūra, kurā tas fotosintēzes procesā darbojas visefektīvāk. Pārāk zema vai pārāk augsta temperatūra var traucēt fermentu darbību, kas nepieciešama barības vielu sintēzei.
Risinājums: Ievēro auga vajadzības – siltummīļi jātur siltumā, bet vēsāku klimatu augi var panest zemākā temperatūrā.
Kā cilvēks var atbalstīt fotosintēzi praksē?
Lai gan fotosintēze notiek automātiski, cilvēks var būtiski palīdzēt augiem šajā procesā, uzlabojot apstākļus. Šie padomi noder gan dārzkopjiem, gan tiem, kas audzē augus telpās.
– Izvieto augus pareizajā vietā – ņem vērā, kuras vietas dzīvoklī vai dārzā saņem visvairāk gaismas. Saulainākās vietas rezervē saulmīļiem, ēnainākās – ēnmīļiem.
– Rūpējies par augsnes kvalitāti – laba augsne ar pareizu struktūru un barības vielām palīdz ūdenim un CO₂ vieglāk nokļūt augu šūnās.
– Tīri lapas – putekļi uz lapām traucē gaismas uzņemšanu. Reizi pāris nedēļās noslauki lapas ar mitru drāniņu.
– Laisti un mēslo regulāri, bet saprātīgi – pārbarots vai pārlaistīts augs var kļūt vārgs, pat ja tam ir gaisma. Ievēro līdzsvaru.
– Telpaugiem – mākslīgā gaisma – ja dzīvo dzīvoklī bez daudz saules, izmanto LED lampas ar pareizo spektru fotosintēzei.
Interesanti fakti par fotosintēzi
– Fotosintēze nav vienāda visiem augiem – dažas sugas izmanto atšķirīgus ceļus, piemēram, C4 vai CAM fotosintēzi, lai pielāgotos sausam vai karstam klimatam.
– Daļa baktēriju (piemēram, zilzaļās aļģes) veic fotosintēzi līdzīgi kā augi, un tieši tās pirmās sāka ražot skābekli Zemes atmosfērā pirms vairāk nekā 2 miljardiem gadu.
– Viena liela koka fotosintēzes “jauda” spēj nodrošināt skābekli četriem cilvēkiem gadā.
Secinājumi
Fotosintēze ir ne tikai būtiska augu augšanai, bet arī cilvēku un dzīvnieku dzīvībai. Tā ir process, kas apvieno saules gaismu, ūdeni un oglekļa dioksīdu, lai radītu barību un skābekli – mūsu dzīvības pamatu. Lai augi šo darbu varētu paveikt pilnvērtīgi, ir svarīgi viņiem nodrošināt labvēlīgus apstākļus: pietiekami daudz gaismas, pareizu mitruma līmeni, tīru vidi un līdzsvarotu kopšanu.
Vēlies uzzināt vairāk par fotosintēzes nozīmi globālajā ekosistēmā? Ieskaties šajā BBC izglītojošajā resursā.