9.2: Światło jako energia

Energią wymaganą do przeprowadzenia fotosyntezy jest światło — zazwyczaj promieniowanie elektromagnetyczne pochodzące ze słońca. Zakres wszystkich możliwych długości fal nazywany jest widmem elektromagnetycznym.

Fotony

Foton to dyskretna cząstka elektromagnetyczna lub wiązka energii. Fotony charakteryzują się częstotliwością, długością fali i amplitudą, podobnie jak właściwości fali. Fale o wyższych częstotliwościach przesyłają więcej energii i mają krótsze długości fal niż dłuższe fale, które przesyłają mniej energii i mają niższe częstotliwości.

Widmo absorpcji fotosyntetycznej

W przypadku większości organizmów fotosynteza opiera się na małym segmencie widma elektromagnetycznego—a mianowicie na widzialnej części, która waha się od 380 do 750 nanometrów, od niebieskiego przez zielony do czerwonego. Jednak kilka organizmów może przeprowadzać fotosyntezę za pomocą światła podczerwonego.

W roślinach różne cząsteczki pigmentu absorbują określone długości fal światła, nadając każdej cząsteczce odrębne widmo absorpcji. Na przykład chlorofil a — najliczniejsza cząsteczka pigmentu w liściach — pochłania tylko światło czerwone i niebieskie. Chlorofil a odbija zieloną część widma, dzięki czemu liście roślin wydają się zielone dla ludzkiego oka. Rośliny wykorzystują również dodatkowe pigmenty do pochłaniania światła. Na przykład zawierają fikocyjaninę, która pochłania światło pomarańczowe i czerwone, karoteny, które pochłaniają światło ultrafioletowe, fioletowe, niebieskie, niebiesko-zielone i pomarańczowo-czerwone, oraz ksantofile, które pochłaniają światło niebieskie i ultrafioletowe.

Energia potrzebna do fotosyntezy to światło, zazwyczaj promieniowanie elektromagnetyczne ze słońca. Światło zachowuje się jak cząstki – dyskretne pakiety energii zwane fotonami i jak fale, które oscylują wzdłuż ścieżki.

Długość fali jest mierzona jako odległość między odpowiadającymi sobie punktami dwóch kolejnych fal, takich jak grzbiety. Widmo elektromagnetyczne obejmuje promienie gamma o długościach fal w pikometrach do fal radiowych o długości fal nawet kilometrów.

Długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do przesyłanej energii. Oznacza to, że długie fale mają mniej energii niż krótkie.

Chociaż Słońce emituje szerokie spektrum promieniowania elektromagnetycznego, tylko część tego spektrum, od około 380 do 750 nanometrów, jest widoczna dla ludzkiego oka i może podtrzymywać życie na Ziemi.

W roślinach i innych organizmach fotosyntetyzujących chloroplasty zawierają różne pigmenty, które pochłaniają określone długości fal światła widzialnego. Na przykład pigment chlorofilu pochłania tylko światło czerwone i niebieskie, powodując odbicie zieleni. Dlatego większość liści ma zielony kolor.

Fotosynteza przekształca energię świetlną w energię chemiczną zmagazynowaną w glukozie i innych cząsteczkach organicznych. Cząsteczki te służą jako źródła energii dla organizmów nieautotroficznych w piramidzie żywieniowej.