Bitkinin kütlesindeki artış nereden gelir?
Ana soru: Bir bitki fotosentez esnasında hangi maddeleri kullanır ve üretir?
Fidan 80 kg kuru toprağa dikildi. Toprak delikli bir kapakla örtüldü ve beş yıl boyunca yalnızca yağmur suyu verildi.
Söğüt beş yılda 2,5 kg → 75 kg oldu; yani 72,5 kg arttı. Aynı sürede kuru toprak yalnızca 80 kg → 79,9 kg oldu; kayıp 0,1 kg.
Bitkideki artış, topraktaki azalmanın yaklaşık 725 katı. Demek ki bitkinin kütlesi topraktan gelmiş olamaz.
Saksıya dışarıdan yalnızca yağmur suyu eklenmişti. Helmont, toprağı ve suyu deneydeki tek “girdiler” olarak gördü. Toprak azalmadığına göre artışın kaynağı su olmalıydı.
Helmont havayı bir değişken olarak düşünmedi. Bugün biliyoruz ki:
Her kavanoza neler koyacağınızı seçin, ortamı belirleyin ve kapağı kapatın. Başlatmadan önce tahmininizi söyleyin.
Kapalı kavanozdaki hava sınırlıdır. Hem yanma hem hücresel solunum oksijen kullanır ve karbondioksit açığa çıkarır:
Yanma: mum + O₂ → CO₂ + su + ısı ve ışık
Solunum: glikoz + O₂ → CO₂ + su + enerji (ATP)
Oksijen belli bir oranın altına düşünce önce mum söner, sonra fare yaşamını sürdüremez.
Bitki ışıkta fotosentez yaparak mum ve farenin ürettiği CO₂’i kullanır ve O₂ üretir. Böylece oksijen oranı korunur.
Bu, canlılar arasındaki madde döngüsünü gösterir: hayvanların solunumla verdiği CO₂ bitkiye, bitkinin fotosentezle ürettiği O₂ hayvana gider.
Priestley bu gaza “deflojistike hava” dedi. Oksijen adını daha sonra Lavoisier verdi.
Priestley’in deneyleri her zaman aynı sonucu vermedi. 1779’da Jan Ingenhousz, bitkilerin havayı yalnızca ışıkta ve yeşil kısımlarıyla yenilediğini gösterdi.
Karanlıkta fotosentez durur, fakat bitki solunuma devam eder. Yani karanlıkta bitki de oksijen tüketir. “Karanlık” seçeneğiyle bunu deneyin.
Kabarcıkların oksijen olduğunu kıymık testiyle gördük. Kabarcık sayısı, fotosentezin hızını gösterir.
Fotosentezin hızı, en az bulunan etkenle sınırlanır. Bu etkene sınırlayıcı faktör denir.
Örneğin suda hiç karbonat yokken lambayı ne kadar yaklaştırırsanız yaklaştırın kabarcık sayısı düşük kalır; çünkü bu durumda sınırlayan etken ışık değil, CO₂’tir. Deneyerek görün: karbonatı “Yok” yapıp lambayı 10 cm’ye getirin.
Seralarda ışık ve CO₂ miktarının artırılmasının nedeni de budur.
Kartları sürükleyip doğru kutuya bırakın. Sürüklemek zorsa önce karta, sonra kutuya dokunun.
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Helmont suyun, Priestley oksijenin izini sürdü. Kontrollü deneyde ışığın ve CO₂'in oksijen üretimini nasıl etkilediğini ölçtük.
Fotosentez bitki hücrelerindeki kloroplastlarda gerçekleşir. Kloroplastlardaki klorofil pigmenti ışık enerjisini soğurur. Tepkimeler iki evrede ilerler:
Su molekülleri parçalanır. Kıymığı alevlendiren oksijen bu evrede sudan açığa çıkar.
Havadaki CO₂’in karbonu organik maddeye bağlanır. Helmont’un söğüdündeki kütle artışının asıl kaynağı budur.
Enerji dönüşümü: Işık enerjisi, glikozun kimyasal bağlarında kimyasal enerji olarak depolanır. Bu enerji besin zinciri yoluyla tüm canlılara aktarılır. Bu yüzden fotosentez “Enerji” temasının merkezindedir.
Ayrıntılı denklem: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Bu yazımda 12 su molekülü kullanılır. Açığa çıkan 6 O₂’nin oksijen atomlarının tamamı bu sudan gelir.
Bilgi tek bir deneyle değil, bilim insanlarının birbirinin çalışmalarını sınayıp geliştirmesiyle oluştu.
✗ Bitkiler besinlerini topraktan alır.
✓ Topraktan su ve mineral alırlar; besinlerini (glikoz) fotosentezle kendileri üretirler.
✗ Bitkiler gündüz fotosentez, gece solunum yapar.
✓ Solunum gece gündüz sürer. Gündüz fotosentez daha hızlı olduğu için bitki net olarak O₂ verir.
✗ Açığa çıkan oksijen CO₂’ten gelir.
✓ Açığa çıkan O₂ sudan gelir. CO₂’in karbonu ve oksijeni glikoza bağlanır.
✗ Klorofil fotosentezde harcanır.
✓ Klorofil ışığı soğurur ama tükenmez.