광합성은 왜 필요한가, 역사와 과정

광합성은 생물이 태양광을 이용하여 스스로 양분을 만드는 것으로 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정으로 모든 생명체가 양분을 얻는 주요한 방법 중 하나입니다.

이러한 광합성을 식물이 일으킬 수 있도록 저는 집에서 키우고 있는 화분을 아침에 태양빛을 볼 수 있도록 창가에 놓아두고 있습니다. 자 그럼 이 광합성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

광합성의 필요성

광합성은 생태계와 생물학적 존재 모두에게 매우 중요합니다. 생태계측면에서 필요성에 대해 말해보겠습니다. 생태계에서 광합성은 이산화탄소를 흡수하고, 그것은 식물과 조류와 같은 화합성 유기체에 의해 생성된 유기물로 전환됩니다.

이러한 광합성 과정을 통해 식물은 산소를 방출하며, 생태계에 있는 생물들은 호흡과정에서 이산화탄소를 방출하게 됩니다. 이러한 광합성과 호흡 상쇄는 생태계 안에 있는 이산화탄소의 농도를 조절합니다.

이것은 생태계의 탄소 순환을 유지하는데 중요한 역할을 하고, 식물은 생태계에서 생성된 산소를 제공하며 다른 생명체들이 생존하는데 필요한 에너지를 생산합니다.

생물학적 존재의 관점에서 광합성은 에너지원이자 생물의 영양분의 공급원이며, 광합성 유기체는 광합성을 통해 에너지를 생산합니다.

이는 에너지를 생산하기 위해 다른 유기체들에 의해 사용되며, 식물은 그들의 성장과 발달을 유지하는 광합성을 통해 생산된 유기물질이고, 동물들은 식물을 먹으며 에너지와 영양분을 얻게 됩니다.

그러므로 광합성은 생태계와 생물 모두에게 매우 중요한 역할을 합니다. 이러한 기능들은 생태계에서 필수적인 역할이며, 이 역할들이 지구의 기후를 조절하고, 탄소 순환과 생태계 서비스를 유지하는데 중요한 역할을 하는 것입니다.

그러므로 광합성은 지구 생태계의 균형을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 또한 인간의 삶과도 밀접한 연관이 있습니다. 광합성을 통해 생산된 식물은 인간의 식량과 축산물을 공급하는데 중요한 역할을 하고, 식물을 이용한 다양한 산업에서 원료가 생산됩니다.

예를 들어, 우리가 사용하는 가구와 건물은 나무를 통해 만들 수 있으며, 플랜트 오일은 연료와 화장품 제조에 사용할 수 있습니다. 이처럼 광합성은 우리의 삶과 여러 가지 영역에서 중요한 역할을 하고 있는 것입니다.

광합성의 역사와 종류

광합성은 약 35억 년 전 지구상에서 처음 발생하였습니다. 초기 광합성 유기체는 산소가 없는 환경에서 유기물을 생산하기 위해 이산화탄소와 빛을 사용했고, 이 생물들은 시간이 흘러 지구의 대기에서 산소 수치가 증가함에 따라 산소에 적응하기 시작하였습니다.

광합성은 지구의 대기를 형성하는데 도움이 되는 산소를 생산하면서 지구 생명체의 진화에 중요한 과정이 되었습니다. 약 20억 년 전 식물들을 광합성에 사용되는 엽록소를 가지고 있는 엽록체를 개발하기 시작하였고, 식물 광합성은 크게 광합성 미세조류, 녹색 광합성 박테리아, 식물, 조류로 나눌 수 있습니다.

식물은 뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 과일과 같은 다양한 조직과 구조를 가지고 있습니다. 대표적인 식물로는 나무에 속하는 소나무, 느티나무, 참나무 등이 있고, 관목에 속하는 담쟁이덩굴과 상록수, 허브는 잎 대신 줄기에 엽록체를 가지고 광합성을 수행하는데 대표적인 초본식물로는 대나무, 무궁화가 있습니다.

미생물로는 녹조류, 곰팡이가 있고, 또한 조류와 핑과 같이 광합성을 하는 다양한 식물이 있습니다. 동물은 일반적으로 광합성을 하지 않지만, 일부 동물들도 공생 미생물의 광합성 능력을 이용하여 생존한다고 합니다.

대표적으로 조개, 해삼, 해파리 등이 있고, 그들의 몸에는 광합성을 수행하고 광합성에 의해 생성된 유기물을 사용하는 것입니다. 광합성을 하는 해양 생물도 있는데, 산호, 해초, 바다 담배등이 있습니다. 이 유기체들은 대기 중의 이산화탄소의 농도를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.

광합성은 인류 문명의 발전에 중요한 역할을 하고 있는데, 우리 인간은 광합성 과정에서 생성된 산소를 들이마시고 광합성에 사용되는 작물을 이용하며 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추기 위한 노력도 진행되고 있다.

광합성의 과정

빛을 사용하여 이산화탄소와 물을 이용하여 유기 화합물인 포도당을 생산하는 광합성의 과정은 먼저, 광원에서 나온 빛을 흡수하는 엽록소(pigment)가 있는 광합성 식물의 엽록체에서부터 시작됩니다.

광합성은 두 단계로 진행되는데, 명반응과 암반응이 일어납니다.

명반응

명반응은 빛이 필요한 엽록체 내의 엽록소를 가지고 있는 틸라코이드란 곳에서 일어나고, 암반응은 빛이 필요 없는 반응으로 엽록체의 스트로마에서 일어납니다.

명반응은 빛 에너지가 필요한 반응으로 엽록소를 가지고 있는 틸라코이드란 곳에서 일어나고, 암반응은 빛이 필요 없는 엽록체의 스트로마에서 일어납니다.

틸라코이드는 동전 모양의 막구조물로 쌓여 그나라를 이루며, 스트로마는 그라나를 둘러싼 엽록체 내부의 기질입니다. 명반응은 물을 분해해서 수소와 산소로 나누고, 필요없는 산소는 밖으로 내놓게 됩니다.

명반응에서 빛 에너지를 이용하여 18개의 자유에너지(ATP)를 생성합니다. ATP는 생물체 내부에서 에너지를 전달하기 위해 사용하는 에너지이며, 암반응에서 포도당을 합성하는데 필요한 에너지를 제공합니다.

또한 명반응은 NADP라는 물질에 수소원자를 결합시켜 NADPH(고 에너지 전자 운반 분자)를 생성합니다. 즉, 명반응은 식물이 포도당을 만들기 위해 필요한 에너지인 ATP와 빛에너지를 이용해 수소를 생산하는 과정입니다.

암반응

암반응은 이산화탄소와 NADPH의 소수를 가지고, 포도당을 만드는 반응이며, 캘빈회로라 불리는 순환과정을 거쳐서 포도당이 만들어지고, 이 반응을 진행시키는 에너지는 18개의 ATP에 의해 제공됩니다.

이렇게 만들어진 포도당은 낮에는 잎의 비어있는 공간에 녹말의 형태로 저장되어 있다가 밤이 되면 설탕 등의 형태로 분해되어 체관을 타고 뿌리로 이동하고, 이 양분은 나중을 위해 줄기나 뿌리에 저장됩니다. 이때는 다시 녹말의 형태로 합성됩니다.

요약

정리하면, 광합성은 빛 에너지가 화학 에너지로 변하여 유기화합물을 생산하는 과정이며 식물에서 광합성은 전형적으로 식물 잎 위치에 엽록체 내에서 일어납니다.

광합성은 명반응(빛 반응과 암반은(암흑 반응)의 두 단계로 진행되며, 명반응은 빛을 에너지(ATP, NADHP)로 만들고, 암반응은 에너지와 이산화탄소를 이용하여 설탕을 생성하는 것입니다. 우리 눈에 보이지 않는 포도당과 녹말 분자가 저장하고 있는 빛에너지가 지구 생태계의 시작점이라는 것은 정말 놀라운 일이라는 생각이 들었습니다.