Φωτοσυνθετική διατροφή για την υγεία και τη ζωή

Φωτοσυνθετική διατροφή για την υγεία και τη ζωή

Οι ζωντανοί οργανισμοί αντιδρούν συνεχώς χημικά, με αποτέλεσμα τις ενεργειακές αλλαγές στο σώμα τους. Όλες αυτές οι αντιδράσεις και οι αλλαγές ονομάζονται μεταβολισμό. Βασικά, ο μεταβολισμός αποτελείται από δύο διαδικασίες: τη σύνθεση ή την κατασκευή σύνθετων ουσιών σώματος από απλούστερα συστατικά και ενέργεια, καθώς και την αποσύνθεση ή τη διάσπαση αυτών των σύνθετων ουσιών και ενέργειας. Η πρώτη διαδικασία είναι γνωστή ως αναβολισμός και ο δεύτερος ως καταβολισμός.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των ζωντανών οργανισμών είναι η ικανότητα τροφοδοσίας. Αυτό ονομάζεται διατροφή. Επομένως, η διατροφή είναι η διαδικασία απόκτησης ενέργειας και υλικών για τον κυτταρικό μεταβολισμό, συμπεριλαμβανομένης της συντήρησης των κυττάρων και της επισκευής και ανάπτυξης. Στους ζωντανούς οργανισμούς, η διατροφή είναι μια πολύπλοκη σειρά αναβολικών και καταβολικών διεργασιών μέσω των οποίων τα τρόφιμα που καταναλώνονται στο σώμα μετατρέπονται σε σύνθετες ουσίες σώματος (κυρίως στην ανάπτυξη) και ενέργειας (για εργασία). Στα ζώα, τα τρόφιμα που καταναλώνονται είναι συνήθως με τη μορφή σύνθετων, αδιάλυτων ενώσεων. Αυτά διασπώνται σε απλούστερες ενώσεις που μπορούν να απορροφηθούν από τα κύτταρα. Στα φυτά, τα σύνθετα υλικά διατροφής συντίθενται πρώτα από τα φυτικά κύτταρα και στη συνέχεια διανέμονται σε όλα τα μέρη του φυτικού σώματος. Εδώ μετατρέπονται σε απλούστερες, διαλυτές μορφές που μπορούν να απορροφηθούν στο πρωτόπλασμα κάθε κυττάρου. Οι πρώτες ύλες που απαιτούνται για τη σύνθεση αυτών των σύνθετων τροφίμων λαμβάνονται από τον αέρα και το έδαφος στο φυτικό περιβάλλον.

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί που δεν μπορούν να παρέχουν τη δική τους ενεργειακή παροχή είτε μέσω της φωτοσύνθεσης είτε μέσω της χημοσύνθεσης ονομάζονται ετεροζοί ή ετεροζικοί οργανισμοί. Τα ετεροζικά μέσα στη διατροφή με άλλους. Όλα τα ζώα είναι ετεροσκόπια. Άλλοι οργανισμοί όπως πολλοί τύποι βακτηρίων, μερικά ανθοφόρα φυτά και όλοι οι μύκητες χρησιμοποιούν αυτή τη μέθοδο διατροφής. Ο τρόπος με τον οποίο οι ετεροζοί αποκτούν το φαγητό τους ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό. Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο το φαγητό μετατρέπεται σε χρησιμοποιήσιμη μορφή στο σώμα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις πολύ παρόμοια. Ωστόσο, όλα τα πράσινα φυτά έχουν τη δυνατότητα να παράγουν υδατάνθρακες από ορισμένες πρώτες ύλες στον αέρα και στο έδαφος. Αυτή η ικανότητα είναι σημαντική όχι μόνο για τα ίδια τα φυτά, αλλά και για τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, που εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τα φυτά για φαγητό.

Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτά παράγουν τα τρόφιμά τους χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια και διαθέσιμες πρώτες ύλες. Είναι η παραγωγή υδατανθράκων σε φυτά. Πραγματοποιείται μόνο στα κύτταρα των φύλλων και των στελεχών (δηλαδή των πράσινων) φύλλων και των στελεχών. Αυτά τα πράσινα κύτταρα περιέχουν χλωροπλάστες, τα οποία είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των τροφίμων. Όλες οι πρώτες ύλες που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση, δηλαδή το νερό και τα ορυκτά άλατα από το έδαφος και το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, πρέπει συνεπώς να μεταφέρονται στα κύτταρα χλωροφύλλης, τα οποία είναι πιο άφθονα στα φύλλα.

Οι μικροσκοπικοί πόροι ή τα στοματικά, συνήθως πιο συνηθισμένα στις κατώτερες επιφάνειες των περισσότερων φύλλων, επιτρέπουν στα αέρια από την ατμόσφαιρα να εισέλθουν στον ιστό. Ένα στόμα είναι ένα ωοειδές επιδερμικό κύτταρο γνωστό ως κυψέλη φρουράς. Κάθε στόμα είναι στην πραγματικότητα το άνοιγμα ενός ίδιου θάλαμου αέρα. Αυτός είναι ένας μεγάλος ενδοκυτταρικός χώρος αέρα που βρίσκεται δίπλα στο στομίο. Είναι συνεχής με άλλους διακυτταρικούς χώρους αέρα στο φύλλο. Το μέγεθος κάθε στοματικού πόρου εξαρτάται από την καμπυλότητα των κυττάρων φρουράς που το πλαισιώνουν. Όταν τα κύτταρα της φρουράς είναι γεμάτα με νερό, διογκώνονται ή διογκώνονται και κατά συνέπεια ανοίγει ο πόρος. Ωστόσο, όταν η στάθμη του νερού είναι χαμηλή, γίνονται μαλακά ή φτερωτά και ως εκ τούτου κατάρρευση, προκαλώντας το κλείσιμο των πόρων. Όταν το στόμα είναι ανοιχτό, ο αέρας εισέρχεται στον ίδιοι θάλαμο και διαχέεται μέσω του ενδοκυτταρικού αέρα, ο οποίος διαλύεται στο νερό που περιβάλλει τα κύτταρα. Αυτό το διάλυμα διοξειδίου του άνθρακα στη συνέχεια διαχέεται στα κύτταρα των φύλλων, ιδιαίτερα στα κύτταρα παλιζάντες. Εδώ χρησιμοποιείται από τους χλωροπλάστες για φωτοσύνθεση.

Το νερό που περιέχει διαλυμένα ορυκτά άλατα όπως φωσφορικά άλατα, χλωρίδια και διττανθρακικά νάτριο, κάλιο, σίδηρο ασβεστίου και μαγνήσιο απορροφάται από το έδαφος από τις ρίζες. Αυτό το νερό του εδάφους εισέρχεται στις τρίχες ρίζας μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται όσμωση. Το μόριο νερού μετακινείται μέσω ημι-διαπερατής μεμβράνης από μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης. Στη συνέχεια μεταφέρεται προς τα πάνω από τον ιστό Xylem από τις ρίζες μέσω του στελέχους στα φύλλα. Μεταφέρεται σε όλα τα κύτταρα μέσω της φλέβας και των κλάδων του.

Οι χλωροπλάστες περιέχουν την πράσινη χρωστική ουσία (χλωροφύλλη), η οποία δίνει χρώμα φυτών και μπορεί να απορροφήσει την ελαφριά ενέργεια από το φως του ήλιου. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για ένα από τα πρώτα βασικά βήματα της φωτοσύνθεσης. δηλαδή τη διάσπαση του μορίου νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο. Αυτό το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Τα συστατικά υδρογόνου που χρησιμοποιούνται επίσης μειώνουν το διοξείδιο του άνθρακα σε μια σειρά ενζύμων και αντιδράσεων που καταναλώνουν ενέργεια για να σχηματίσουν σύνθετες οργανικές ενώσεις όπως σάκχαρα και άμυλα.

Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, ενώσεις υψηλής ενέργειας όπως οι υδατάνθρακες συντίθενται από ενώσεις χαμηλής ενέργειας όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό παρουσία ηλιακού φωτός και χλωροφύλλη. Δεδομένου ότι η ηλιακή ενέργεια απαιτείται για τη φωτοσύνθεση, η διαδικασία δεν μπορεί να συμβεί τη νύχτα επειδή δεν υπάρχει ηλιακό φως. Τα τελικά προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι υδατάνθρακες και οξυγόνο. Το πρώτο διανέμεται σε όλα τα μέρη του συστήματος. Το τελευταίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως αέριο μέσω των στομάτι σε αντάλλαγμα για το απορροφάτο διοξείδιο του άνθρακα. Η εμφάνιση φωτοσύνθεσης σε πράσινα φύλλα μπορεί να αποδειχθεί με πειράματα που δείχνουν την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα, του νερού και της ενέργειας από τα φύλλα και την παραγωγή οξυγόνου και υδατανθράκων. Μπορούν να πραγματοποιηθούν απλά πειράματα για να αποδειχθεί η απελευθέρωση οξυγόνου από πράσινα φυτά, ο σχηματισμός υδατανθράκων (δηλαδή άμυλο) στα φύλλα και η απαίτηση για διοξείδιο του άνθρακα, ηλιακό φως και χλωροφύλλη για τον σχηματισμό αμύλου με πράσινα φύλλα.

Τα πειράματα φυσιολογίας περιλαμβάνουν την τοποθέτηση βιολογικού υλικού, όπως τα φυτά και τα ζώα ή τμήματα φυτών και ζώων, σε ασυνήθιστες συνθήκες, όπως: Β. Γυαλιά, κλουβιά ή κιβώτια. Εάν διεξαχθεί ένα πείραμα για να αποδειχθεί τα αποτελέσματα που παράγονται από την απουσία διοξειδίου του άνθρακα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, το αποτέλεσμα ενός τέτοιου πειράματος μπορεί να θεωρηθεί ότι οφείλεται εν μέρει στην τοποθέτηση του βιολογικού υλικού σε αφύσικες πειραματικές συνθήκες, επομένως απαραίτητες για τη διεξαγωγή δύο σχεδόν πανομοιότυπων πειραμάτων. Το ένα τοποθετείται υπό φυσιολογικές συνθήκες (το πείραμα ελέγχου) στο οποίο υπάρχουν όλοι οι παράγοντες που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση, ενώ ο άλλος (το πείραμα δοκιμών) τοποθετείται υπό μια κατάσταση στην οποία ένας μόνο παράγοντας εξαλείφεται ή ποικίλει ενώ υπάρχουν όλοι οι άλλοι παράγοντες. Με αυτόν τον τρόπο, ο πειραματιστής μπορεί να είναι σίγουρος ότι το αποτέλεσμα του πειράματος δοκιμής του οφείλεται στον εξαλειφόμενο ή ποικίλο παράγοντα και όχι στην πειραματική ρύθμιση. Έτσι, το πείραμα ελέγχου χρησιμεύει ως οδηγός για να διασφαλιστεί ότι το συμπέρασμα που λαμβάνεται από το πείραμα δοκιμών δεν αποτελεί πλάνη.

Μετά από ορισμένα κατάλληλα πειράματα, η παρατήρηση δείχνει σαφώς ότι το οξυγόνο απελευθερώνεται μόνο όταν λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση, δηλαδή κατά τη διάρκεια της ημέρας. Χωρίς το φως του ήλιου, δεν μπορεί να σχηματιστεί άμυλο, αν και μπορούν να υπάρχουν οι άλλοι βασικοί παράγοντες όπως το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα και η χλωροφύλλη.

Η φωτοσύνθεση είναι η βασική συνιστώσα της διατροφής που έχει παίξει την ενότητα της υγιούς ζωής και παίζει ουσιαστικό ρόλο για τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι σύνθετες κυτταρικές δομές των φυτών είναι κατασκευασμένες από το κύριο προϊόν της φωτοσύνθεσης, έναν απλό υδατάνθρακα όπως η γλυκόζη. Σε αυτό το στάδιο, πρέπει να είναι σαφές ότι αν και έχει δοθεί μεγάλη έμφαση στη φωτοσύνθεση, η διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης είναι εξίσου σημαντική με την πρώτη. Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης πρωτεϊνών, οι ενώσεις που περιέχουν άζωτο απορροφώνται από φυτά και σε ορισμένες περιπτώσεις ο φωσφόρος και άλλα στοιχεία, συνδυάζονται με γλυκόζη για να σχηματίσουν τις διάφορες φυτικές πρωτεΐνες.

Εκτός από τη συμβολή στη σύνθεση των φυτικών πρωτεϊνών, η γλυκόζη είναι σημαντική επειδή μπορεί να μετατραπεί σε λίπη και έλαια μετά από μια σειρά χημικών αντιδράσεων. Είναι επίσης το κύριο προϊόν από το οποίο σχηματίζονται άλλες οργανικές ενώσεις.

Η σημασία της φωτοσύνθεσης σε όλους τους κύκλους τροφίμων δεν μπορεί να υπερκεραστεί. Τα ζώα δεν είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια του ήλιου για να συνθέσουν πλούσια σε ενέργεια ενώσεις από απλές, άμεσα διαθέσιμες ουσίες όπως το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα γύρω μας. Η μελανίνη και η κερατίνη επηρεάζουν το χρώμα και τη δύναμη του δέρματος του ζώου καθώς και κάποια εσωτερική βλάβη. Από τις ακτίνες, είναι επομένως τυχεροί το γεγονός ότι τα φυτά μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια που παρέχεται από το ηλιακό φως για να συνθέσει και να αποθηκεύσει πλούσια σε ενέργεια ενώσεις στις οποίες τελικά εξαρτώνται όλες οι μορφές ζωής των ζώων.

Για να επιβιώσουν, οι άνθρωποι όχι μόνο τρώνε φυτικά προϊόντα όπως φρούτα, λαχανικά και κόκκους, αλλά και ζώα όπως βοοειδή και ψάρια. Τα βοοειδή και άλλα φυτοφάγα ζώα εξαρτώνται πλήρως από τη ζωή των φυτών για την ύπαρξή τους. Ενώ ορισμένα ψάρια είναι φυτοφάγα, άλλα έχουν μια μικτή διατροφή και ένας μεγάλος αριθμός είναι εντελώς σαρκοφάγος. Τα σαρκοφάγα ζώα ζουν έμμεσα στα φυτά. Η άμεση διατροφή τους αποτελείται από μικρότερα ζώα που πρέπει να τρέφονται, αν όχι εξ ολοκλήρου, εν μέρει, σε φυτά. Η φωτοσύνθεση είναι το πρώτο βήμα σε όλους τους κύκλους τροφίμων.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα και προστίθεται οξυγόνο. Εάν αυτή η διαδικασία καθαρισμού δεν υπήρχε στη φύση, η ατμόσφαιρα σύντομα θα ήταν κορεσμένη με το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώθηκε κατά την αναπνοή των ζώων και των φυτών και κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, έτσι ώστε όλη η ζωή να σταματήσει σταδιακά. Χωρίς φωτοσύνθεση δεν υπάρχει διατροφή. Και αν δεν υπάρχει διατροφή, δεν θα υπάρχει κανένα ζωντανό πράγμα. Και αν δεν υπάρχουν ζωντανά πλάσματα στη γη, η γη θα είναι ακόμα άμορφη και εντελώς άδειο. Δεν θα υπάρχει κανένα ζωντανό πράγμα που να λειτουργεί εάν η φωτοσύνθεση δεν δικαστεί. Αναρωτιέμαι ποια θα είναι η μοίρα των ζωντανών πραγμάτων σήμερα ή σε κάποιο σημείο εάν σταματήσει η φωτοσύνθεση.