300 കോടി വർഷങ്ങൾക്കു മുൻപുള്ള ബാക്ടീരിയകളും പ്രകാശ സംശ്ലേഷണവും

പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തെക്കുറിച്ച് കൂട്ടുകാർക്ക് വിവിധ ക്ലാസുകളിൽ പഠിക്കാനുണ്ടല്ലോ. ഭൂമിയിൽ സ്വന്തമായി ഭക്ഷണം നിർമിക്കുന്നവരാണു ഹരിത സസ്യങ്ങൾ. പ്രകാശസംശ്ലേഷണം എന്ന പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ് ഇവർ ഭക്ഷണം നിർമിക്കുന്നത്. ഇലകളാണ് അടുക്കള. ഈ പ്രക്രിയയുടെ ഫലമായി പുറത്തുവരുന്ന ഓക്സിജനാണു നമ്മൾ ശ്വസിക്കുന്നത്.

എന്താണ് പ്രകാശ സംശ്ലേഷണം 

(Photosynthesis)?

ഭൂമിയുടെ ഊർജസ്രോതസ്സായ സൂര്യനിൽനിന്നു പ്രവഹിക്കുന്ന പ്രകാശോർജത്തെ ഹരിതസസ്യങ്ങൾ, തങ്ങളുടെ ഇലകളിലെ കോശങ്ങളിൽ വച്ചു രാസോർജമാക്കി മാറ്റുന്നു. ഗ്ലൂക്കോസ് (Glucose-C6H12O6) തന്മാത്ര നിർമിച്ച് അവയിൽ രാസോർജത്തെ സംഭരിക്കുന്ന പ്രതിഭാസമാണു പ്രകാശസംശ്ലേഷണം.

സസ്യങ്ങളുടെ വേരുകൾ മണ്ണിൽനിന്നും ജലസ്രോതസ്സുകളിൽനിന്നും വെള്ളം വലിച്ചെടുക്കുന്നു. സസ്യശരീരത്തിലെ സൈലം (Xylem) കുഴലുകളിലൂടെയാണു വെള്ളം ഇലകളിലെ കോശങ്ങളിൽ എത്തിച്ചേരുന്നത്. ഇലകളുടെ കീഴ്ഭാഗത്തു കാണുന്ന സുഷിരങ്ങളാണ് ആസ്യരന്ധ്രങ്ങൾ (stomata). ഇവയിലൂടെ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡും(CO2) ജലത്തോടൊപ്പം കോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ എത്തുന്നു. സസ്യകോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ കാണപ്പെടുന്ന ഒരു കോശാംഗമാണ് ഹരിതകണം (Chloroplast). ഹരിതകണത്തിലെ  തൈലക്കോയിഡ് (Thylakoid) എന്ന ഘടനയിൽ കാണുന്ന വർണവസ്തുവാണു ഹരിതകം എന്ന ക്ലോറോഫിൽ (Chlorophyll). ഇലകളിൽ പതിക്കുന്ന സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ ചില ഘടകവർണങ്ങളെ ക്ലോറോഫിൽ സ്വാംശീകരിക്കും. ആ പ്രകാശത്താൽ തൈലക്കോയിഡിനുള്ളിലെ ജലതന്മാത്രയെ വിഘടിപ്പിച്ച് ഓക്സിജൻ(O2) വാതകം സ്വതന്ത്രമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ സ്വതന്ത്രമാക്കപ്പെട്ട ഊർജം ഉപയോഗിച്ചു ഹൈഡ്രജനെ CO2 ആയി കൂട്ടിച്ചേർത്തു ഗ്ലൂക്കോസ് തന്മാത്ര രൂപപ്പെടുന്നു. ഇങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്ന ഗ്ലൂക്കോസ് തന്മാത്രകൾ കൂടിച്ചേർന്ന് അന്നജം (Starch) പോലുള്ള പോളി സാക്കറൈഡുകൾ(polysaccharides) രൂപപ്പെടുകയും അവ സസ്യശരീരത്തിന്റെ  വിവിധഭാഗങ്ങളിൽ ശേഖരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. അത്തരത്തിൽ ശേഖരിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അന്നജത്തെയാണു മനുഷ്യനുൾപ്പെടെയുള്ള ജീവികൾ ഭക്ഷണത്തിനായി ആശ്രയിക്കുന്നത്.

പ്രകാശ സംശ്ലേഷണമെന്ന മഹാപ്രതിഭാസം

പ്രകാശസംശ്ലേഷണം നടത്തുവാൻ സാധിച്ചിരുന്ന ബാക്ടീരിയകൾ ഏകദേശം 300 കോടി വർഷങ്ങൾക്കു മുൻപു തന്നെ ഭൂമിയിൽ ജീവിച്ചിരുന്നതായാണ് അനുമാനം. ഭൂമിയിൽ ഇന്നുള്ള 80 ലക്ഷത്തോളം സ്പീഷിസുകളിൽ സസ്യങ്ങളും ആൽഗകളും ഉൾപ്പെടെ 5 ലക്ഷത്തോളം  എണ്ണത്തിന് പ്രകാശസംശ്ലേഷണം നടത്താൻ കഴിവുണ്ട്. അവയുടെ പ്രവർത്തനഫലമായി ഭൂമിയിൽ ഒരു വർഷത്തിൽ ഏകദേശം 2x1014 ടൺ അന്നജം ഉൽപാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു എന്നാണു കണക്ക്. കടലിലും കരയിലുമുൾപ്പെടെ വ്യത്യസ്ഥ ആവാസ വ്യവസ്ഥകളിൽ സംഭവിക്കുന്ന മഹത്തായ ഈ ആഹാരനിർമാണ പ്രക്രിയയാണു ജീവന്റെ നിലനിൽപിനാധാരം.

ഹരിതകം എന്ന പച്ചപ്പ്

സസ്യകോശങ്ങൾക്കു പച്ചനിറം നൽകുകയും പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന്റെ കേന്ദ്രബിന്ദുവായി പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന വർണ്ണവസ്തുവാണു ഹരിതകം. ഫ്ര‍ഞ്ച് കെമിസ്റ്റുകളായ പെല്ലെറ്റിയർ, കാവെന്റോ എന്നിവർ 1818ൽ ആണു ഹരിതക തന്മാത്രയെ കണ്ടെത്തിയതും വേർതിരിച്ചെടുത്തതും. ഒരു ഇലയുടെ ആകെ ഭാരത്തിന്റെ 0.05% മുതൽ 0.2% വരെ ഭാഗം ഹരിതകത്തിന്റെ ഭാരമായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ ഘടകമായ visible spectrumൽ നിന്നു ചുവപ്പ്, നീല വർണങ്ങളെ ഹരിതകം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും പച്ചനിറത്തെ പൂർണമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാലാണു ഹരിതകവും അതുൾക്കൊള്ളുന്ന സസ്യഭാഗങ്ങളും പച്ചനിറത്തിൽ ദൃശ്യമാകുന്നത്. 

സസ്യഭാഗങ്ങൾക്ക് ഓറഞ്ചുനിറം നൽകുന്ന കരോട്ടിനോയിഡ്, മഞ്ഞനിറം നൽകുന്ന സാന്തോഫിൽ, ചുവപ്പുനിറം നൽകുന്ന ഫൈക്കോ എറിത്രിൻ, നീലനിറം നൽകുന്ന ഫൈക്കോ സയാനിൽ എന്നിവ സസ്യങ്ങളിലെ മറ്റു വർണകണങ്ങൾക്ക് ഉദാഹരണങ്ങൾ.

പ്രകാശ ഘട്ടവും ഇരുണ്ട ഘട്ടവും (Light Reaction &  Dark Reaction)

പ്രകാശ സംശ്ലേഷണത്തിൽ നടക്കുന്ന രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ രണ്ടു ഘട്ടങ്ങളായി  തിരിക്കുന്നു. ഹരിത കണത്തിലെ (Chloroplast) തൈലക്കോയിഡിനുള്ളിൽ സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ നടക്കുന്ന രാസപ്രവർത്തനമാണു പ്രകാശഘട്ടം. പ്രകാശോർജത്താൽ ജലം വിഘടിക്കുകയും ഓക്സിജൻ സ്വതന്ത്രമാക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്ന ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ഊർജ തന്മാത്രയായ ATP (Adenosine Tri-Phosphate) ഉം ഹൈഡ്രജൻ ദാതാവായ NADPHഉം രൂപീകരിക്കപ്പെടുന്നു.  പ്രകാശത്തിന്റെ അസാന്നിധ്യത്തിലും സംഭവിക്കുന്ന രണ്ടാം ഘട്ടമാണ് ഇരുണ്ട ഘട്ടം. പ്രകാശഘട്ടത്തിൽ രൂപീകരിക്കപ്പെട്ട ATPയും NADPHഉം രണ്ടാംഘട്ട രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ പ്രധാന പങ്കു വഹിക്കുന്നു. ഹൈഡ്രജനും CO2ഉം ചേർന്നു ഗ്ലൂക്കോസ് രൂപീകരിക്കപ്പെടുന്നത് ഈ ഘട്ടത്തിൽ ആണ്. തൈലക്കോയിഡിനു പുറത്ത്, ഹരിതകണത്തിലെ ദ്രാവകഭാഗമായ സ്ട്രോമ (Stroma)യിൽ വച്ചാണ് ഇരുണ്ടഘട്ടത്തിന്റെ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ നടക്കുന്നത്.

ചരിത്രപഥത്തിലൂടെ:

ചരിത്രപരമായ ഒട്ടേറെ പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെയാണു ശാസ്ത്രജ്ഞർ പ്രകാശസംശ്ലേഷണമെന്ന സങ്കീർണപ്രതിഭാസത്തിന്റെ രഹസ്യങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കിയെടുത്തത്. അവയിൽ നാഴികക്കല്ലായ ചില കണ്ടെത്തലുകൾ നോക്കാം. 

1648: ഡച്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ വാൻ ഹെൽമണ്ട് (Jan- Baptista Van Helmont) വില്ലോ മരത്തിൽ നടത്തിയ പരീക്ഷണം സസ്യശരീര ഭാരത്തിലെ ജലത്തിന്റെ പ്രാധാന്യം  വെളിപ്പെടുത്തി.‌

1727: Plant Physiology യുടെ പിതാവ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഇംഗ്ലിഷ് സസ്യശാസ്ത്രജ്ഞൻ സ്റ്റീഫൻ ഹെയ്ൽസ്സ് (Stephan Hales) സസ്യപോഷണത്തിൽ വായുവിനും സൂര്യപ്രകാശത്തിനും വ്യക്തമായ സ്വാധീനമുണ്ടെന്നു കണ്ടെത്തി. 

1772: ജോസഫ് പ്രീസ്റ്റിലി (Joseph Priestly) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ സസ്യങ്ങളിൽ നടക്കുന്ന വാതക വിനിമയത്തെ സംബന്ധിച്ച് ലോകത്തിന് വ്യക്തമായ ധാരണ നൽകി.

1804: സ്വിസ്സ് ബോട്ടാണിസ്റ്റ് ആയ സൊസ്സോർ (Nicolas Theodare de Saussure) പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിൽ O2, CO2 തന്മാത്രകളുടെ പങ്ക് വിശദീകരിച്ചു.

 1862ൽ ജർമ്മൻ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജൂലിയസ് സാച്ചസ്സ് (Julius Sachs) പ്രകാശസംശ്ലേഷണവേളയിൽ ഹരിതകണത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന CO2ന്റെ ഫിക്സേഷനും O2ന്റെ സ്വതന്ത്രമാക്കലും  വിശദീകരിച്ചു.

1931:  ഡച്ച് – അമേരിക്കൻ മൈക്രോ ബയോളജിസ്റ്റ് ആയിരുന്ന സി.ബി.വാൻ നീൽ (C.B. Van Niel) പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന ജലത്തിന്റെ വിശ്ലേഷണത്തെ സംബന്ധിച്ചു ഗവേഷണങ്ങൾ നടത്തി.

1961: രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽ സമ്മാനം അമേരിക്കൻ ബയോകെമിസ്റ്റായിരുന്ന മെൽവിൻ കാൽവിനു (Melvin Calvin) ലഭിച്ചു. പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിൽ CO2ന്റെ ധർമത്തെക്കുറിച്ചു പഠിക്കുകയും വിശദമാക്കുകയും ചെയ്തതിനായിരുന്നു പുരസ്കാരം.

English summary: Photosynthesis–definition, formula and process