Zkus to takhle
- 1
PROZKOUMEJ kuličkodráhy a ODHADNI, odkud, kudy a kam budou kuličky cestovat.
- 2
PROVÁZEJ kuličky drahami a SLEDUJ, zda jsi jejich cestu odhadl/a správně.
- 3
VŠIMNI SI, že jednotlivé kuličky během cesty mění barvu, a POJMENUJ je podle legendy na Koumadle.
- 4
ROZLUŠTI cyklus fotosyntézy a dýchání. Zjisti, jak jednotlivé pojmenované kuličky putují Koumadlem.
- 5
VYPRÁVĚJ u Koumadla příběh o stromu a ptáčkovi. Objev jejich nekonečný koloběh fotosyntézy a dýchání. Tento příběh si zkus vyprávět i u dalších rostlin, zvířat a lidí.
- 6
KOUMEJ DÁL, co se děje uvnitř stromů a rostlin během fotosyntézy.
Malé badatelské koumio
Co to vlastně je?
Před tebou stojí uzavřený svět kuliček a jedno skryté tajemství. Vypadá to jako dráha, ale ve skutečnosti je to model nejdůležitější chemické reakce na naší planetě.
Kuličkodráha simuluje proces fotosyntézy v listu rostliny. Kuličky představují suroviny – vodu a oxid uhličitý.
Velké badatelské koumio
Fotosyntéza a dýchání, jak probíhají?
Schopnost fotosyntézy mají zelené rostliny (včetně mechů), řasy a sinice. Je to proces, při kterém rostliny vyrábějí cukry potřebné pro svůj růst a přeměňují energii světla na energii chemickou.
Fotosyntéza probíhá v chloroplastech, malých zelených „továrnách“ uvnitř rostlinných buněk. Obsahují chlorofyl, zelené barvivo, které zachycuje světlo. Je klíčová pro život na Zemi, protože produkuje kyslík nezbytný pro dýchání většiny živých organismů. Rostlina to ale nedělá proto, aby se nám dobře dýchalo. Dělá to hlavně sama pro sebe, aby měla z čeho žít a růst.
Co všechno potřebuje rostlina pro správné fungování fotosyntézy?
světlo (nejčastěji sluneční) – zdroj energie
voda – získává ji kořeny
oxid uhličitý (CO₂) – získává ho ze vzduchu. Dovnitř se dostává průduchy, což jsou mikroskopické otvory nacházející se hlavně na spodní straně listů
chloroplasty s chlorofylem – malé části rostlinných buněk, které obsahují zelené barvivo
Jak fotosyntéza probíhá?
Představte si rostlinu jako úžasnou továrnu, která má dvě výrobní linky:
1) Světelná fáze (nabíjení baterek)
Probíhá v chloroplastech na membránách zvaných tylakoidy. Chlorofyl zachytí energii světla (fotony) a předá ji dalším molekulám v chloroplastu. Díky této energii rostlina rozštěpí molekuly vody na kyslík, elektrony a vodíkové ionty. Výsledkem této části jsou energetické molekuly ATP a NADPH, které fungují jako nabité „baterky“.
Kyslík vznikající při štěpení vody rostlina vypouští do okolí. Je to vedlejší produkt procesu, jehož hlavním účelem je získat energii potřebnou k výrobě cukrů.
2) Druhá fáze (odborně Calvinův cyklus) (výroba cukrů)
Probíhá ve stromatu, což je tekutina uvnitř chloroplastu. Tato fáze nevyužívá přímo dopadající světlo, ale energii uloženou v ATP a NADPH vytvořených během světelné fáze.
Rostlina vezme nabité „baterky“ z první fáze a použije jejich energii k tomu, aby zachytila oxid uhličitý ze vzduchu a postupně z něj vytvořila sacharidy (cukry). Ty pak slouží jako palivo pro růst, k tvorbě celulózy nebo jako zásobní látky, například škrob, který najdeme třeba v bramborách.
Souhrnná rovnice fotosyntézy
- za pomoci světelné energie zachycené chlorofylem
- 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
💡 Proč jsou v rovnici ty šestky? Představte si to jako recept na pečení. Aby rostlina mohla postavit jeden „dort“ (molekulu cukru), potřebuje přesně 6 porcí oxidu uhličitého a 6 porcí vody. Tyto šestky nám říkají, kolik „ingrediencí“ musíme do rostliny dodat, aby vznikla jedna molekula cukru a 6 molekul kyslíku.
Dýchání = respirace (buněčný motor)
Zatímco fotosyntéza je o stavění a ukládání zásob, dýchání je „motorem“, který energii využívá. Aby mohla rostlina (i my) žít, musí „spalovat“ cukry, které si vyrobila.
Probíhá v mitochondriích, což jsou takové malé elektrárny uvnitř buněk.
Při dýchání rostlina vezme cukr (palivo) a kyslík a „spálí“ je. Tím získá energii (ATP) potřebnou pro život. Odpadními produkty jsou oxid uhličitý a voda.
❗ Důležité: Dýchání probíhá neustále, ve dne i v noci. Kdyby rostlina přestala dýchat, neměla by energii na základní životní pochody a zahynula by.
Souhrnná rovnice dýchání
- v mitochondriích
- C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energie (ATP)
💡 I zde platí pravidlo receptu. Na „spálení“ jedné molekuly cukru potřebujeme přesně 6 molekul kyslíku, ze kterých vznikne 6 molekul oxidu uhličitého a 6 molekul vody.
Proč je okruh uzavřený?
Uzavřený okruh připomíná, že v přírodě se nic neztrácí – vše koluje stále dokola.
Exponát ukazuje, že fotosyntéza není statický obrázek v učebnici, ale dynamický proces, který vyžaduje prahové množství energie a surovin, aby došlo k chemické přeměně. Právě to symbolizuje ono skryté vahadlo.
K čemu je vahadlo uvnitř?
Vahadlo uvnitř je jako chemická váha v chloroplastu. Rostlina musí nasbírat dostatek energie ze slunce a dostatek materiálu, aby mohla přepnout a vytvořit něco nového.
Jakmile se vahadlo díky tvému pohybu překlopí, spustí se řada reakci. Na konci na jedné straně vzniká cukr – energie pro rostlinu, na druhé se uvolňuje kyslík pro nás.
Probíhá fotosyntéza pořád stejně?
Ne, fotosyntéza není stroj, který běží pořád stejně. Její rychlost závisí na „počasí“ v rostlině i kolem ní. Potřebuje dostatek světla, vhodnou teplotu, vodu, dostatek CO₂ a také minerální látky z půdy, například dusík nebo hořčík. Když něco z toho chybí, rostlina „přeřadí na nižší rychlost“.
Kde na Zemi je produkce fotosyntézy největší?
Překvapivě ne v deštných pralesech, ale v oceánech. Přibližně polovina veškeré fotosyntézy na Zemi probíhá v mořích a oceánech díky obrovskému množství mikroskopických řas a sinic.
Může probíhat fotosyntéza a dýchání dohromady?
Ano, a dokonce probíhají současně. Rostlina dýchá nepřetržitě, ve dne i v noci. Fotosyntéza ale potřebuje světlo, a proto probíhá jen tehdy, když je světlo k dispozici.
Ve dne rostlina zároveň dýchá i fotosyntetizuje. Fotosyntéza je však většinou intenzivnější, takže rostlina vyprodukuje více kyslíku, než sama spotřebuje. V noci už jen dýchá a kyslík spotřebovává.
Jak by vypadal svět bez stromů a rostlin? Víš, že Země byla kdysi opravdu taková?
Co všechno se muselo stát, než získala svou dnešní živou podobu?
Svět bez rostlin by byl pustina plná kamení a písku, podobná povrchu Marsu nebo Měsíce. Na dávné Zemi skutečně žádné rostliny nerostly. Postupně se ale objevily organismy schopné fotosyntézy, které začaly vyrábět kyslík. Trvalo stovky milionů let, než se atmosféra změnila natolik, že umožnila vznik složitějších forem života.
Kdo začal vyrábět kyslík jako první?
Stromy ani květiny to nebyly. Prvními výrobci kyslíku byly pravděpodobně sinice, drobné organismy žijící ve vodě. Začaly využívat energii světla a při fotosyntéze vypouštěly kyslík. Právě díky nim se atmosféra Země postupně změnila a vznikly podmínky pro život, jaký známe dnes.
Sinice jsou mikroskopické organismy, které jako jedny z prvních na Zemi dokázaly fotosyntetizovat a produkovat kyslík. Významně změnily složení atmosféry a umožnily vznik složitějšího života. Bez sinic by možná na Zemi nikdy nevznikla zvířata ani lidé.
Proč jsou listy skoro vždy zelené? Existují rostliny, které nejsou zelené? Umí také dělat fotosyntézu?
Zelená barva pochází z chlorofylu, který funguje jako „solární panel“. Chlorofyl pohlcuje hlavně modré a červené světlo, zatímco zelené světlo odráží. Proto rostliny vidíme zelené.
Mnohé rostliny s červenými, vínovými nebo žlutými listy obsahují chlorofyl také. Jen je překryt jinými barvivy. Existují však i parazitické rostliny, které chlorofyl nemají a živiny získávají od jiných rostlin. Ty fotosyntézu provádět neumějí.
Vypadají rostliny v noci jinak než ve dne?
Na první pohled vypadají stejně, ale uvnitř přepnou na „noční režim“. Přestanou fotosyntetizovat a pokračují pouze v dýchání. Některé květiny se navíc na noc zavírají a ráno se znovu otevřou.
Kolik stromů bychom potřebovali mít v pokoji, abychom měli dost kyslíku na dýchání jen my sami?
To je skvělý chyták. Jeden velký strom dokáže za ideálních podmínek vyrobit dost kyslíku pro několik lidí. V pokoji by to ale nefungovalo tak jednoduše. Strom potřebuje dostatek světla, vody a prostoru. Navíc kyslík i oxid uhličitý se v přírodě neustále míchají a vyměňují. Proto pro život nepotřebujeme jeden strom v květináči, ale zdravé ekosystémy, tedy lesy, louky, oceány a další přírodní prostředí.
Zajímavosti
- Fotosyntéza produkuje kyslík, který se uvolňuje do atmosféry.
- Fotosyntéza tvoří základ většiny potravních řetězců, protože rostliny, řasy a sinice jsou primární producenti.
- Každý rok vzniknou díky fotosyntéze přibližně stovky miliard tun nové biomasy.
- Přibližně polovina fotosyntézy na Zemi probíhá v oceánech díky sinicím a řasám.
SOUVISEJÍCÍ TERMÍNY
Chloroplast
Malá „zelená továrna“ uvnitř rostlinné buňky. Právě v chloroplastech probíhá fotosyntéza. Jsou naplněné membránami zvanými tylakoidy a obsahují zelené barvivo chlorofyl, které zachycuje světlo. Tylakoidy tvoří tzv. Grana – skupiny tylakoidů na sobě, vypadají trochu jako hromada palačinek. Okolí tylakoidů vyplňuje stroma, což je tekuté prostředí uvnitř chloroplastu. Právě zde probíhá druhá fáze fotosyntézy, při níž vznikají cukry z oxidu uhličitého.
Průduchy
Průduchy jsou drobné otvory v pokožce listů, nejčastěji na jejich spodní straně. Rostlina jimi přijímá oxid uhličitý potřebný k fotosyntéze a uvolňuje vodní páru i kyslík. Když je příliš horko, sucho nebo zima, mohou se průduchy uzavřít, aby rostlina ztratila méně vody.
Glukóza
Jednoduchý cukr, který vzniká při fotosyntéze. Slouží jako zdroj energie a také jako stavební materiál pro tvorbu dalších látek v rostlině. Přebytečný cukr si rostliny ukládají ve formě škrobu. Rostliny si v něm ukládají přebytečnou energii na později.
Celulóza
je další forma cukru, látka, ze které je postavena většina rostlinných buněk. Tvoří například dřevo, stonek nebo pevné části listů.
Mitochondrie
Malé organely uvnitř buněk, ve kterých probíhá buněčné dýchání. Získávají energii z cukrů, které rostlina vytvořila fotosyntézou.
ATP (adenosintrifosfát)
Molekula, která uchovává energii potřebnou pro život. Vzniká při světelné fázi fotosyntézy a rostlina ji používá jako zdroj energie pro výrobu cukrů. Je to taková baterie, kterou má buňka k dispozici.
NADPH
Molekula, která během fotosyntézy přenáší energii a vodík. Pomáhá při přeměně oxidu uhličitého na cukry. Když si představíme ATP jako baterka, tak NADPH je nákladní auto převážející energii a materiál na stavbu cukru.
Až to příště uvidíš
Polož si tyhle otázky, až daný jev potkáš v reálném světě.
Odkud bere rostlina vodu a odkud oxid uhličitý?
Co se děje v listu, když je tma?
Kolik kyslíku vyrobí jeden strom?
Takhle přemýšlejí vědci a vědkyně.
Další koumavé otázky
- Proč jsou listy zelené?
- Fungovala by fotosyntéza pod modrým světlem?
- Co by se stalo, kdyby rostliny přestaly fotosyntetizovat?
