La fotosintesi è il processo biologico che converte l'energia luminosa in energia chimica immagazzinata nelle molecole di zucchero. Secondo National Geographic Education, le piante utilizzano la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica per creare ossigeno ed energia sotto forma di glucosio, un processo che sostiene la maggior parte della vita sulla Terra.
L'Osservatorio della Terra della NASA descrive la stessa trasformazione in termini chimici: le piante assorbono l'anidride carbonica e l'acqua e, utilizzando l'energia solare, le convertono in carboidrati mentre rilasciano l'ossigeno come sottoprodotto. La reazione complessiva è comunemente scritta come CO2 + H2O + energia luminosa → CH2O (un carboidrato) + O2.
Dove avviene: il cloroplasto
Nelle piante, la fotosintesi avviene all'interno dei cloroplasti, strutture specializzate che si trovano principalmente nelle cellule fogliari. I cloroplasti contengono un sistema di membrane interno chiamato tilaccoide, dove avvengono le reazioni di cattura della luce, e un fluido circostante chiamato stroma, dove il carbonio viene convertito in zucchero, come spiegato da National Geographic Education.
Il ruolo della clorofilla
La clorofilla è il pigmento verde all'interno dei cloroplasti che assorbe l'energia luminosa per avviare il processo. L'Osservatorio della Terra della NASA nota che la clorofilla assorbe fortemente la luce visibile nello spettro solare per l'uso nella fotosintesi, mentre le strutture delle cellule fogliari riflettono invece la luce infrarossa vicina. Poiché la clorofilla assorbe le lunghezze d'onda rosse e blu ma riflette la luce verde, le foglie appaiono verdi, secondo National Geographic Education.
Fase uno: le reazioni dipendenti dalla luce
La prima fase avviene nelle membrane del tilaccoide e richiede la luce solare. L'energia luminosa eccita gli elettroni nella clorofilla, e questa energia viene utilizzata per dividere le molecole d'acqua, rilasciando l'ossigeno come sottoprodotto. L'energia catturata in questa fase viene immagazzinata temporaneamente in molecole di ATP e NADPH, che vengono quindi utilizzate nella fase successiva, come riassunto da National Geographic Education.
Fase due: il ciclo di Calvin
La seconda fase, nota come ciclo di Calvin o reazioni indipendenti dalla luce, avviene nello stroma e non richiede direttamente la luce. Invece, utilizza l'ATP e il NADPH prodotti nella prima fase per convertire l'anidride carbonica in glucosio e altri carboidrati che la pianta utilizza per la crescita e l'immagazzinamento dell'energia.
Le due fasi della fotosintesi| Fase | Posizione | Richiede luce? | Principali input | Principali output |
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| Reazioni dipendenti dalla luce | Membrana del tilaccoide | Sì | Luce solare, acqua | Ossigeno, ATP, NADPH |
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| Ciclo di Calvin (indipendente dalla luce) | Stroma | No (utilizza i prodotti della fase uno) | Anidride carbonica, ATP, NADPH | Glucosio/carboidrati |
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Perché è importante oltre la pianta
La fotosintesi è la base della maggior parte delle catene alimentari sulla Terra: gli erbivori ottengono energia mangiando piante, e i carnivori la ottengono indirettamente mangiando erbivori, come notato da National Geographic Education. L'Osservatorio della Terra della NASA aggiunge che le piante terrestri e il fitoplancton oceanico insieme formano la base di quello che gli scienziati chiamano il ciclo del carbonio veloce, o biologico, riducendo l'anidride carbonica atmosferica mentre crescono.
L'Osservatorio della Terra della NASA afferma anche che le piante attualmente assorbono approssimativamente il 25 percento dell'eccesso di anidride carbonica emesso dall'attività umana, sebbene questa capacità sia limitata dalla disponibilità di acqua, dai nutrienti e dalle temperature in aumento. Poiché la fotosintesi rimuove l'anidride carbonica dall'atmosfera su base stagionale, gli scienziati possono tracciare la stagione di crescita dell'emisfero settentrionale attraverso cali misurabili della CO2 atmosferica ogni primavera, secondo la stessa fonte.
Telerilevamento e monitoraggio nel mondo reale
Il modo caratteristico in cui la clorofilla assorbe la luce visibile mentre le strutture fogliari riflettono la luce infrarossa vicina consente ai satelliti come lo strumento MODIS della NASA di stimare la densità della vegetazione e la salute delle piante dall'orbita, come spiega l'Osservatorio della Terra della NASA. Questa applicazione di telerilevamento è un uso diretto e pratico del principio fondamentale di assorbimento della luce che guida la fotosintesi.
Domande
- Che cos'è la fotosintesi in parole semplici?
- È il processo mediante il quale piante, alghe e alcuni batteri utilizzano la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica per produrre zucchero (energia chimica) e ossigeno, secondo National Geographic Education.
- Dove nella pianta avviene la fotosintesi?
- Avviene all'interno dei cloroplasti, specificamente nella membrana del tilaccoide per le reazioni dipendenti dalla luce e nello stroma per il ciclo di Calvin, secondo National Geographic Education.
- Qual è l'equazione chimica per la fotosintesi?
- L'Osservatorio della Terra della NASA la scrive come CO2 + H2O + energia luminosa → CH2O (carboidrato) + O2, mostrando l'anidride carbonica e l'acqua che si convertono in carboidrato e ossigeno.
- Perché le foglie appaiono verdi?
- La clorofilla assorbe la luce rossa e blu per l'uso nella fotosintesi ma riflette la luce verde, ed è per questo che le foglie appaiono verdi, secondo National Geographic Education.
- Quanta anidride carbonica atmosferica assorbono attualmente le piante?
- L'Osservatorio della Terra della NASA afferma che le piante attualmente assorbono approssimativamente il 25 percento dell'eccesso di anidride carbonica emesso dall'attività umana, una capacità limitata da acqua, nutrienti e temperatura.
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