μόνο όμορφα πράγματα

Ίσως ο Eddington είδε από πριν την κατεύθυνση των μελλοντικών επιστημονικών του ερευνών, όταν διηγήθηκε την ιστορία του Δαιδάλου και του Ικάρου στο λόγο του στην British Association το 1920:

Τον αρχαίο καιρό δυό αεροπόροι έφτιαξαν φτερά για τους εαυτούς τους. Ο Δαίδαλος πέταξε με ασφάλεια σε μεσαίο ύψος πάνω από τη θάλασσα και τιμήθηκε, όπως έπρεπε, στην προσγείωση του. Ο νεαρός Ίκαρος υψώθηκε προς τα πάνω, προς τον Ήλιο, μέχρις ότου το κερί που στερέωνε τα φτερά του έλιωσε και η πτήση του τελείωσε με αποτυχία. Στην εκτίμηση των κατορθωμάτων τους ίσως υπάρχει κάτι που πρέπει να λεχθεί για τον Ίκαρο. Οι κλασικοί μας λένε ότι «έκανε μόνο ένα πολύ δύσκολο επιχείρημα», αλλά θα ήθελα να σκέφτομαι γι’ αυτόν ως τον άνθρωπο ο οποίος μας έδειξε μια κατασκευαστική ατέλεια στις ιπτάμενες μηχανές της εποχής του. Με τον ίδιο τρόπο στις Επιστήμες, ο προσεκτικός Δαίδαλος θα εφαρμόσει τις θεωρίες του εκεί όπου αισθάνεται πολύ βέβαιος ότι θα πετύχουν, αλλά από την υπερβολική αυτή προσοχή οι κρυμμένες αδυναμίες δεν μπορούν να βρεθούν. Ο Ίκαρος θα δοκιμάσει τις θεωρίες του μέχρι το σημείο θραύσης, μέχρις ότου οι αδύνατοι σύνδεσμοι αρχίσουν να ανοίγουν. Σκοπός του είναι ένα θεαματικό κατόρθωμα; Ίσως μερικά. Είναι πολύ ανθρώπινο. Αλλά ο Ίκαρος δεν είναι ακόμα προορισμένος να φτάσει στον Ήλιο και να λύσει για πάντα το αίνιγμα της σύστασης του, κι όμως ελπίζουμε να μάθουμε από το ταξίδι του μερικές οδηγίες για να κατασκευάσουμε μια καλύτερη μηχανή.

Κι έτσι σήμερα, θυμόμαστε με σεβασμό ένα μεγάλο πνεύμα, που πέταξε ψηλά, χωρίς φόβο, προς τον Ήλιο.

από το βιβλίο «Αλήθεια και Ομορφιά, Αισθητική και Κίνητρα στην Επιστήμη», του S. Chandrasekhar, εκδόσεις Ιδέα, σελ. 156.

Από που προέρχεται το άρωμα της μέντας, του δυόσμου, της λεβάντας, του δεντρολίβανου;

Πάνω στα φύλλα τους υπάρχουν μικροσκοπικά αρωματοδοχεία: τροποποιημένες τρίχες που στο εσωτερικό τους βρίσκονται αιθέρια έλαια. Όταν τρίψουμε με το χέρι μας το φύλλο, το μπουκαλάκι σπάει και το άρωμα ελευθερώνεται!

Σε αυτή τη φωτογραφία βλέπουμε την επιφάνεια του φύλλου της μέντας:

Τα κόκκινα είναι οι τρίχες με το άρωμα.

Εδώ βλέπουμε το φύλλο του δυόσμου:

εδώ οι τρίχες με το άρωμα βρίσκονται σε μικρές κοιλότητες. Τα πιο μικρά πράσινα στρογγυλά με τη σχισμή είναι στόματα (από όπου γίνεται η ανταλλαγή των αερίων, όπως ειπώθηκε και σε παλιότερη ανάρτηση).

Να και το φύλλο της λεβάντας:

εδώ εκτός από τις σφαιρικές τρίχες με το άρωμα υπάρχουν και τρίχες με διακλαδώσεις (σαν δάσος) που βοηθούν την μείωση των απωλειών νερού.

και τέλος το φύλλο του δεντρολίβανου: (μοιάζει και αυτό με τη λεβάντα)

Οι φωτογραφίες είναι από το Sciencephotolibrary.com

Είναι φωτογραφίες από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Τα χρώματα δεν είναι φυσικά, έχουν προστεθεί με επεξεργασία της εικόνας.

Αυτό το βίντεο δείχνει πώς δουλεύουν οι μύες:

Στην αρχή φαίνεται η καρδιά (που είναι ένας μυς) και στη συνέχεια οι πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη σύσπαση του μυ: η ακτίνη και η μυοσίνη. Η μυοσίνη είναι παρόμοια με την κινησίνη, δηλαδή «περπατάει» πάνω σε μια άλλη πρωτεΐνη, στη συγκεκριμένη περίπτωση στην ακτίνη.

Σε αυτή την εικόνα φαίνεται η σύσπαση του μυ:

στο πάνω μέρος της εικόνας ο μυς είναι χαλαρός, ενώ στο κάτω συσπασμένος. Για να συσπαστεί ο μυς η μυοσίνη (πράσινο χρώμα) τραβάει τα ινίδια της ακτίνης (κόκκινο) κοντά μεταξύ τους και έτσι μειώνεται το μήκος του μυ! Για να χαλαρώσει γίνεται η αντίστροφη κίνηση.

Η εικόνα είναι από εδώ.

Τα φυτά έχουν στόματα στα φύλλα τους! Είναι αυτά που φαίνονται μπλε στην φωτογραφία (προσέξτε και το σχήμα των κυττάρων της επιδερμίδας του συγκεκριμένου φύλλου, είναι σαν παζλ!):

Και εδώ βλέπουμε στόματα από τουλίπα:

Τα στόματα χρησιμεύουν στην ανταλλαγή αερίων μεταξύ του φυτού με του περιβάλλοντος (μπαίνει διοξείδιο του άνθρακα, βγαίνει οξυγόνο: φωτοσύνθεση), αλλά και στην διαπνοή. Διαπνοή είναι η έξοδος του νερού από τα στόματα.

Γιατί συμβαίνει όμως; Το φυτό από τις ρίζες του παίρνει νερό. Το νερό αυτό είναι συνεχές μέσα στο φυτό, ανεβαίνει με «σωλήνες» και πάει παντου. Στο τέλος βγαίνει από τα στόματα. Η έξοδος του νερού από τα στόματα κάνει το φυτό να τραβάει νερό από τις ρίζες. Υπάρχει δηλαδή ροή νερού. Βέβαια, στα φυτά που ζουν σε περιοχές με ξηρασία, η ροή αυτή είναι όσο το δυνατόν πιο αργή.

Εδώ βλέπουμε ένα στόμα σε τομή κάθετη στην επιφάνεια του φύλλου:

Γιατί το νερό είναι τόσο σημαντικό για το φυτό; Μέσα στο νερό είναι διαλυμένες οι ουσίες που χρειάζεται το φυτό και τις παίρνει από το έδαφος. Με την κίνηση του νερού μέσα στο φυτό, οι ουσίες αυτές φτάνουν σε όλα τα κύτταρα του φυτού. Επιπλέον, το νερό χρειάζεται για την φωτοσύνθεση: δύο μόρια νερού σχηματίζουν ένα μόριο οξυγόνου. Ακόμη, το νερό δίνει μορφή στα μέρη του φυτού, που δεν έχουν ξύλο (σκεφτείτε ένα απότιστο φυτό, τα φύλλα του ζαρώνουν και δεν μπορούν να διατηρήσουν το σχήμα τους). Ίσως μπορούμε να φανταστούμε το φυτό σαν φουσκωμένο με νερό, αν αυτό το νερό φύγει, το φυτό είναι σαν να μην μπορεί να στηριχτεί.

Πολλά έγραψα… Άλλη μια φωτογραφία… Αυτή είναι με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης: (ένα ανοιχτό και ένα κλειστό στόμα).

Πηγές: Σημειώσεις φυσιολογίας φυτών,  Σ. Βρεττού-Βαλλιανάτου, Κ. Γεωργίου, Κ. Γκανή-Σπυροπούλου, Σ. Διαμαντόγλου, Κ. Θάνος, Ι. Καλαιτζάκης, ΕΚΠΑ 2001.

SciencePhotoLibrary

Τα φύλλα της ελιάς από την πάνω μεριά είναι πράσινα, από την κάτω, όμως, είναι ασημένια. Στην κάτω επιφάνεια με ηλεκτρονικό μικοσκόπιο σάρωσης βλέπουμε αυτό:

Είναι τρίχες σε σχήμα ομπρέλας! Στην κάτω επιφάνεια του φύλλου βρίσκονται τα στόματα (ένα στόμα φαίνεται στη μέση της φωτογραφίας), από τα οποία το φυτό βγάζει νερό. Οι τρίχες αυτές εμποδίζουν την εξάτμιση του νερού, και αυτό βοηθάει την ελιά να αντέχει τα άνυδρα μεσογειακά καλοκαίρια. Τρίχες διαφόρων σχημάτων έχουν κι άλλα φυτά στην κάτω επιφάνεια των φύλλων τους.

Από το SciencePhotoLibrary

Ένα νέο ερώτημα είναι γιατί τα στόματα των φύλλων βγάζουν νερό; σε επόμενο ποστ…

Αυτή η πεταλούδα λέγεται μονάρχης επειδή πετά μεγαλόπρεπα, με «αυτοκρατορικές» κινήσεις! Έχει άσχημη γεύση και είναι δύσοσμη για αυτό οι σαύρες και τα πουλιά δεν την τρώνε.

Μια άλλη πεταλούδα, η πεταλούδα μίμος, μιμείται τις κινήσεις της και της μοιάζει κιόλας εμφανισιακά παρότι ανήκει σε άλλη ομάδα εντόμων. Με αυτό τον τρόπο ξεγελά τα πουλιά και δεν την τρώνε γιατί την μπερδεύουν με την πεταλούδα μονάρχη! Η πεταλούδα μίμος είναι αυτή:

(Από την Οικολογία πληθυσμών, Μ. Αριανούτσου, Ι. Μπίτης, Τ. Τάφας, ΕΚΠΑ 2002).

Στα φυτά η φωτοσύνθεση γίνεται σε ειδικά οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες. Σε αυτή τη φωτογραφία βλέπουμε τους χλωροπλάστες, όπως φαίνονται με το φωτονικό μικροσκόπιο.

Σε αυτή τη φωτογραφία βλέπουμε τους χλωροπλάστες «από πιο κοντά» με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης.

Εδώ μπορείτε να δείτε μια σχηματική απεικόνιση του χλωροπλάστη. Ο χλωροπλάστης περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη. Το εσωτερικό του ονομάζεται στρώμα και εκεί γίνονται οι σκοτεινές αντιδράσεις. Στο στρώμα βρίσκονται κάποιοι μεμβρανώδεις σχηματισμοί που ονομάζονται θυλακοειδή. Υπάρχουν δύο είδη θυλακοειδών: τα θυλακοειδή των grana που θυμίζουν κέρματα τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο και τα θυλαοκοειδή του στρώματος που συνδέουν μεταξύ τους τα θυλακοειδή των grana. Στις μεμβράνες των θυλακοειδών βρίσκονται οι πρωτείνες που συμμετέχουν στις φωτεινές αντιδράσεις.

Σε αυτή την εικόνα, που προέρχεται από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης, βλέπουμε έναν χλωροπλάστη, στον οποίο ξεχωρίζουν τα θυλακοειδή των grana, οι στοιβαγμένες μεμβράνες, και τα θυλακοειδή στρώματος, οι μεμβράνες που συνδέουν τις στοίβες μεταξύ τους.

Και εδώ βλέπουμε πάλι έναν χλωροπλάστη πιο τρισδιάστατα, με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης.

Παρακάτω θα περιγραφεί η οξυγονική φωτοσύνθεση, δηλαδή η φωτοσύνθεση κατά την οποία παράγεται οξυγόνο. Μ’ αυτό τον τρόπο λειτουργούν τα φυτά και τα κυανοβακτήρια.

Με τη φωτοσύνθεση τα φυτά φτιάχνουν το φαγητό τους, δηλαδή γλυκόζη! Η γλυκόζη αποτελείται από 6 άνθρακες. Τον άνθρακα αυτό τον παίρνουν τα φυτά από την ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του άνθρακα. Έτσι από 6 μόρια CO2 παράγεται ένα μόριο γλυκόζης. Οι αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό της γλυκόζης από το CO2 ονομάζονται σκοτεινές αντιδράσεις, γιατί σε αυτές δεν εμπλέκεται το φως (και μ’ αυτές δεν πρόκειται να ασχοληθώ γιατί δεν τις κατέχω).

Για να γίνουν όμως οι σκοτεινές αντιδράσεις χρειάζεται ενέργεια και αναγωγική δύναμη (επειδή γίνεται αναγωγή του άνθρακα). Ως πηγή ενέργειας χρησιμοποιείται το ΑΤΡ και ως αναγωγική δύναμη το NADPH. Τα δύο αυτά μόρια παράγονται κατά τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, που λέγονται έτσι επειδή χρησιμοποιούν ως κινητήρια δύναμη το φως!

(Το ΑΤΡ έχει τρία φωσφορικά που συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υψηλής ενέργειας, οι οποίοι όταν σπάνε δίνουν αυτή την ενέργεια για να πραγματοποιηθεί κάποια αντίδραση, και σχηματίζεται από το ADP, το οποίο έχει δύο φωσφορικά με προσθήκη ενός φωσφορικού). Στην φωτοσύνθεση, κατά τις φωτεινές αντιδράσεις το ADP μετατρέπεται σε ATP και στη συνέχεια η ενέργεια του ΑΤΡ χρησιμοποιείται στις σκοτεινές, δηλαδή το ΑΤΡ σπάει σε ADP και φωσφορικό αποδίδοντας ενέργεια για την παραγωγή της γλυκόζης και στη συνέχεια γίνεται το ίδιο από την αρχή.

Το NADPH μεταφέρει ηλεκτρόνια. Κατά τις φωτεινές αντιδράσεις η οξειδωμένη του μορφή (NADP+) μετατρέπεται στην ανηγμένη (NADPH). Το NADPH χρησιμοποιείται στις σκοτεινές αντιδράσεις και μετατρέπεται πάλι σε NADP+, και πάμε πάλι απ’ την αρχή.

Στην φωτεινές αντιδράσεις λειτουργεί μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων που ως τελικό αποδέκτη έχει το NADPH, ως δοτης χρησιμοποιείται το νερό. Για να γίνει αυτό χρειάζεται ενέργεια, η οποία προσφέρεται από τον ήλιο. Όταν δύο μόρια νερού δώσουν τα ηλεκτρόνια τους (και τα πρωτόνια που απομακρύνονται ταυτόχρονα) σχηματίζεται ένα μόριο οξυγόνου. Αυτό είναι το οξυγόνο που αναπνέουμε!

Εδώ μπορείτε να δείτε ένα σχήμα που συνοψίζει όλα αυτά και εδώ τη γενική αντίδραση της φωτοσύνθεσης.

Εκτός από τα φυτά, που όλοι ξέρουμε ότι φωτοσυνθέτουν υπάρχουν και άλλοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί: κάποια βακτήρια, τα κυανοβακτήρια, και τα φύκη.

Στα φωτοσυνθετικά βακτήρια ανήκουν τα πράσινα και τα μωβ βακτήρια.

Τα βακτήρια και τα κυανοβακτήρια είναι προκαρυωτικοί οργανισμοί, δηλαδή δεν έχουν πυρήνα και μεμβρανώδη οργανίδια. Τα φωτοσυνθετικά σύμπλοκα βρίσκονται πάνω σε μεμβράνες του κυτταροπλάσματος. Από την φωτοσύνθεση των βακτηρίων δεν παράγεται οξυγόνο, ενώ τα κυανοβακτήρια παράγουν, όπως και οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί (τα φύκη και τα φυτά).

Εδώ βλέπετε ένα κυανοβακτήριο: το Nostoc…

Τα φύκη είναι μια ετερογενής ομάδα που αποτελείται από μονοκύτταρους οργανισμούς, όπως η Chlorella…

αποικιακούς, όπως το Volvox…

νηματοειδείς, όπως η Spirogyra…

μεμβρανώδεις, όπως η Ulva…

Μπορείτε εδώ να βρείτε ένα φυλλάδιο της ελληνικής φυκολογικής εταιρείας για τα φύκη. (Έχει μέσα πολλές ωραίες φωτογραφίες, υπάρχουν φύκη με εντυπωσιακά σχήματα, πχ σαν αστεράκι…).

Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, δηλ. τα φύκη και τα φυτά, η φωτοσύνθεση γίνεται στους χλωροπλάστες. Σύμφωνα με την ενδοσυμβιωτική θεωρία, οι χρωροπλάστες προέκυψαν από προκαρυωτικό οργανισμό, που μπήκε μέσα στο κύτταρο ένος πρόγονου των ευκαρυωτικών και ζούσαν συμβιωτικά. Στη συνέχεια και οι δύο οργανισμοί έχασαν την αυτονομία τους. Ο προκαρυωτικός έχασε κομμάτια γενετικού υλικού, τα οποία μεταφέρθηκαν στον πυρήνα του ευκαρυωτικού και «μετατράπηκε» σε οργανίδιο, τον χλωροπλάστη.

Μιας και το θέμα της διπλωματικής μου ήταν σχετικό με τη φωτοσύνθεση θα ακολουθήσουν μερικά σχετικά ποστ… Η αλήθεια είναι ότι τα φυτά δεν έχουν και πολύ πέραση (στο βιολογικό Αθήνας τουλάχιστον…). Οι πιο πολλοί προτιμούν να ασχολούνται με θέματα σχετικά με τον άνθρωπο και με αρρώστιες (κυρίως καρκίνο..). Μιλώντας με συμφοιτητές, ελάχιστοι έδειχναν ενδιαφέρον να μάθουν περισσότερα για τη διπλωματική μου όταν άκουγαν ότι έχει σχέση με τη φωτοσύνθεση, γι’ αυτό και ενθουσιάστηκα όταν ένας θείος (φιλόλογος) είπε: «Φωτοσύνθεση! δεν είναι η βάση της ζωής;» (ή κάτι τέτοιο με άλλα λόγια).

Εντάξει… δεν είναι και η βάση της ζωής, αφού το σημαντικότερο χαρακτηριστικό της ζωής είναι η αναπαραγωγή, άρα βάση της ζωής το DNA θα έλεγα, μιας και είναι μόριο που διπλασιάζεται και μεταφέρει όλη την απαραίτητη πληροφορία. (Εξάλλου ζωή μπορεί να υπάρξει και χωρίς φωτοσύνθεση). Όλη όμως η ενέργεια που υπάρχει  στους ζωντανούς οργανισμούς πάνω στη γη  έχει δεσμευθεί με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης! (και προέρχεται από τον ήλιο).