ŽIVA

Fotosyntéza – proces, který přinesl život, a nástroje umožňující ji lépe pochopit

Článek přibližuje zásadní roli fotosyntézy při vzniku života na Zemi a přeměně atmosféry díky produkci kyslíku. Sleduje historické objevy spojené s tímto procesem a představuje moderní metody, zejména měření chlorofylové fluorescence, které dnes umožňují neinvazivně hodnotit zdravotní stav rostlin a podpořit udržitelné zemědělství.

Literatura k článku

Vznik Země a její diferenciace, relevantní odborné zdroje:

ELKINS-TANTON, Linda T. Magma oceans in the inner solar system. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2012, 40.1: 113-139.

https://doi.org/10.1146/annurev-earth-042711-105503

JACOBSEN, Stein B. The Hf-W isotopic system and the origin of the Earth and Moon. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 2005, 33.1: 531-570.

https://doi.org/10.1146/annurev.earth.33.092203.122614

Vývoj fotosyntézy a objev kyslíku v atmosféře, relevantní články a přehledy:

FISCHER, Woodward W.; HEMP, James; JOHNSON, Jena E. Evolution of oxygenic photosynthesis. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2016, 44.1: 647-683.

https://doi.org/10.1146/annurev-earth-060313-054810

LYONS, Timothy W.; REINHARD, Christopher T.; PLANAVSKY, Noah J. The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature, 2014, 506.7488: 307-315. DOI: 10.1038/nature13068

Historie výzkumu fotosyntézy + moderní nástroje (např. fluorescence), doporučené přehledové články:

GOVINDJEE; SHEVELA, Dmitriy; BJÖRN, Lars Olof. Evolution of the Z-scheme of photosynthesis: a perspective. Photosynthesis Research, 2017, 133.1: 5-15. DOI: 10.1007/s11120-016-0333-z

BAKER, Neil R. Chlorophyll fluorescence: a probe of photosynthesis in vivo. Annu. Rev. Plant Biol., 2008, 59: 89-113.

https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092759

This article outlines the key role of photosynthesis in the origin of life and atmospheric transformation via oxygen production. It traces the historical milestones in its discovery and highlights modern methods – especially chlorophyll fluorescence measurements – which now enable non-invasive monitoring of plant health and support sustainable agriculture.

Obrazové přílohy

• Vznik a vývoj Země ve dvou rovinách. Geologický vývoj (nahoře): Země vzniká jako žhavá koule roztavené hmoty po srážení prachových částic ve sluneční mlhovině. Povrch chladne, vznikají pevné vrstvy, atmosféra a oceány. Pokračuje ke stabilní modré planetě se složitou biosférou. Vývoj života (dole): od neživé, chemicky aktivní Země k planetě plné života. Začíná horkou fází, když teplota dosáhla hodnoty, kdy se mohly formovat základní prvky pro vznik organických sloučenin, pokračuje vznikem vody, následuje vývoj prvních mikroorganismů a fotosyntézy, která zásadně mění atmosféru – až po vývoj rostlin, živočichů a komplexních ekosystémů. Šipka symbolizuje vývojový směr od žhavého (oranžová) k chladnému a životem naplněnému (modrá) stadiu planety. Orig. autoři článku
  
• Princip měření chlorofylové fluorescence pomocí přístroje – fluorometru: LED světelné zdroje (nejčastěji modré, červené, UVA, bílé...) osvěcují rostlinu světlem, které chlorofyl absorbuje. Část této energie (jen 1–5 %) je rostlinou opět vyzářena jako fluorescenční záření v červené oblasti spektra (700–750 nm). Toto slabé světlo je zachyceno kamerou vybavenou optickým filtrem, který propouští pouze fluorescenci a potlačuje rušivé složky okolního nebo excitačního světla. Celý systém je řízen kontrolní jednotkou, která synchronizuje světelné pulzy s detekcí signálu. Počítač pak zpracovává získaná data a převádí je do podoby grafů nebo falešně barevných snímků, které ukazují míru fotosyntetické aktivity rostliny. Tímto způsobem lze neinvazivně a v reálném čase sledovat stav rostlin a jejich reakce na různé podmínky prostředí. Orig. autoři článku
  
• Přístroje pro měření chlorofylové fluorescence: od přenosného přístroje FluorPen pro rychlá měření v terénu až po kamerové systémy FluorCam, které umožňují detailní analýzu fotosyntézy na úrovni buněk (Mikro FluorCam), listů (přenosná ruční verze), celých rostlin (FluorCam) až populace rostlin (Makro verze). Foto a orig. autoři článku
  
• Časový průběh účinku herbicidu na list jahodníku zahradního (Fragaria ×ananassa) měřený pomocí fluorescence chlorofylu. Kombinací klasické černobílé fotografie, fluorescenčního snímku a vý počtu fotosyntetické účinnosti (Fv/Fm) lze sledovat změny v rostlině ještě dříve, než se projeví viditelné poškození. Blíže v textu. Úroveň signálu odráží falešná barevná škála, na které modrá značí nízkou hodnotu signálu a směrem k červené barvy signalizují zvyšující se úroveň signálu. Foto a orig. autoři článku
  
• Vliv teplotního stresu na rostliny lilku bramboru (Solanum tuberosum) sledované během 14 dní. Na první pohled vypadají rostliny na fotografiích zdravě, bez zjevných známek poškození, a to po celou dobu experimentu. Oproti tomu analýza chlorofylové fluorescence jasně odhaluje rozdíly v efektivitě fotosyntézy. Ve skupině vystavené tepelnému stresu (H – heat stress) dochází už po 7 dnech k výraznému poklesu fotosyntetické účinnosti ve srovnání s kontrolní skupinou (C – control), což následně vede k omezení růstu a přírůstku biomasy. Barevná škála ukazuje úroveň aktivity od vysokých hodnot po nízké. Orig. autoři článku
  
• Na světové výstavě EXPO v Dubaji v r. 2020 zaujal plně automatizovaný systém We Speak Plantish, který vizuálně přibližuje, jak moderní technologie umožňují „naslouchat“ rostlinám. Blíže v textu. Tento interaktivní exponát získal uznání poroty i návštěvníků – umístil se na 11. příčce mezi projekty z celého světa. Foto autoři článku
  

Archiv článků pro pedagogy a studenty

© 2025 Časopis ŽIVA – Rozhled v oboru veškeré přírody.
Založil roku 1853 J. E. Purkyně.
Vydává Nakladatelství Academia,
Středisko společných činností AV ČR, v. v. i., za podpory Akademie věd ČR.