Нар асар их хэмжээний эрчим хүч, энерги үйлдвэрлэж, тэр эрчим хүчнийхээ ихэнхийг гэрлэн хэлбэрээр сансар огторгуйд цацруулж байдаг. Нарны бүх зүгт цацруулж байдаг гэрлийнх нь ердөө 2,2 тэрбумны нэг хувь нь л дэлхийд хүрдэг. Үүнийх нь 30 хувь нь сансар огторгуй руу эргэн ойж, 70 хувийг нь л дэлхий шингээж авдаг байна. Тэгсэн ч ертөнцийн хүмүүсийн нэг жилд хэрэглэдэг эрчим хүчний нийт хэмжээ дэлхийд орж ирдэг нарны энергийн ганцхан цаг л тусах хэмжээтэй тэнцэнэ.
Бүх амьд биет оршин тогтнохын тулд энерги зайлшгүй шаардлагатай ч гэрлийн энергийг шууд хэрэглэх боломжгүй, харин органик хэлбэрт шилжүүлэх ёстой. Тэгтэл дэлхий гараг дээр зарим нэг бичил организмыг эс тооцвол зөвхөн ургамал ногоо л гэрлийг органик хэлбэрээр хадгалж чаддаг байна. Хүн төрөлхтөн төдийгүй бүх амьтан ер нь ургамал ногоо идэж, эсвэл өвсөн тэжээлтэн амьтан идэж байж энерги олж авдаг. Нэг ёсондоо нар бол амьд биетэд хэрэгтэй энергийн эх үүсвэр юм. Амьд биетэд шаардлагатай бүх эрчим хүч, энерги фотосинтез явагдаж байж органик болно. Тиймээс хлорофластын дотор бий болдог, 10 микрометр хэмжээнээс ч бага диаметртэй фотосинтез гэх үзэгдэл дэлхий гараг дээрх бүхий л амин чухал үзэгдлийн хамгийн гайхалтай, хамгийн амин чухал үйл явц юм.
Фотосинтез бол гэрлийн энергийг усны тусламжтайгаар цахилгаан энерги болгож, улмаар химийн энерги хэлбэрээр органик бодист хадгалдаг үйл явц юм. Фотосинтезийн энэхүү туйлын бэрх, нарийн түвэгтэй явц олон эрдэмтдийн сонирхлыг татаж байжээ. Фотосинтезийн чиглэлээр химийн салбарын гурван Нобелийн шагналтан байдаг аж. Эдүгээ 400 орчим жилийн судалгааны түүхтэй хэдий ч хүмүүн бид фотосинтезийн талаар бүрэн дүүрэн ойлгоогүй хэвээр. Фотосинтезийн тухай олон баримтууд дунд гэрлийн энерги хлорофилл дотор цахилгаан энерги болж хувирах үйл явц маш олон нууц хадгалж байдаг ажээ.
Нарны гэрэл хлорофиллийн нэг бүрдэл болсон хлорофластад хүрэх үед тэдний хоорондох электронуудыг энергиэр хангаж, улмаар энергижсэн электрон хлорофиллийн дундуур явна. Энэ бол гэрлийн энерги электронуудын хөдөлгөөн болох цахилгаан энерги болж хувирдаг явц юм. Хлорофиллийн төвд цугларсан цахилгаан энерги химийн бодис дотор хадгалагдаж, нүүрсхүчлийн давхар исэл хэрэглэснээр глюкоз гэх органик бодис болон синтезлэгддэг байна.
Ургамал ногоо бидний нүдэнд хөдөлдөггүй мэт ч үнэндээ бол тэд ус, нүүрстөрөгчийн давхар исэл олж авахын тулд, мөн фотосинтезийн түүхий эд болох гэрэл хайж зай завгүй хөдөлж байдаг ажээ. Өмнөд Африкт байдаг дэлхийн хамгийн том усны ургамал болох виктория усан сараана цэцэг усан дор байдаг ишнээсээ навчсаа дэлгэн, гэрэл рүү сунгана. Асар том навч нь усны мандал дээр хөвж, дугуй хэлбэрээр хурдан дэлгэгдэнэ. Уг ургамлын навч зөвхөн гэрэл шингээгээд зогсохгүй стома буюу стоматаар дамжуулан фотосинтез явагдахад хэрэгтэй нүүрстөрөгчийн давхар исэл мэтийн уур (хий) шингээж авна. Усан сараана цэцгийн навч усан доор байгаад байвал навчинд уур шингэхгүй учраас навчаа усны мандал руу түлхэж өгдөг байна. Энэхүү ургамлын навч өдөрт 30см хүртэл ургадаг бөгөөд бүрэн дэлгэгдсэн үедээ диаметр нь бүр 2 метр гаруй болдог. Жижигрүүлсэн усан бөмбөлөг усаар дүүрэх тусам тэлж томрохтой адил навчны эд эс болгон нь ус шингээж, хөөдөг тул навч тэнийж тархана. Усан дээр хөвж буй том дэвсгэр шиг харагдах виктория усан сараана цэцгийн навч 45кг жинтэй хүнийг хангалттай даах хэмжээний хүчтэй байдаг аж.
Үүний нууц навчны ар талд байдаг аж. Навчийг нь эргүүлээд харвал голд нь хэдхэн см өргөнтэй жижиг төв цэгээс тал тал тийш дугуйны хигээс шиг тархсан судлуудыг харж болно. Мөн тэдгээр нь ерөнхий нэг төвтэй тойрог хэлбэртэй нимгэн модны ялтас шиг харагдах судалтай бөгөөд тэр нь дундуураа агаар чөлөөтэй агуулж, хөвөх чадвартай болгоно. Зузаан судлууд дотор ус шингээгч порлонтой төстэй бүтэцтэй эд байдаг төдийгүй энэ нь резинэн хоолой шиг усан дээр амархан хөвөх боломж бүрдүүлж өгнө.
Усан дотор амьдардаг ургамал фотосинтезийн төлөө навчсаа усны мандал дээр гартал түлхэж өгдгийн адил хуурай газар амьдардаг мод ч мөн гэрэл чиглэн дээш ургадаг. Дэлхийн хамгийн өндөр мод болох улаан мод жилдээ 1,8м хүртэл гайхмаар хэмжээтэй болтлоо ургадаг байна. Хамгийн өндөр нь 115,3м урттай болно.
Фотосинтез явагдахад ус төдийгүй гэрэл шаардлагатай. Ус үргэлж доош урсана. Харин ургамал ногоо эсрэг чигт нь ургана. Хүн ч хажууд нь жижигхэн харагдах тийм том ургадаг энэ модод ингэхэд яаж ийм өндөр орой руугаа ус татдаг байна аа?
Ургамлын үндэс эс нь ууссан бодисыг нэвтрүүлэхгүйгээр, зөвхөн ус гэх мэт шингэнийг нэвтрүүлэх боломжтой хагас нэвчдэг мембран юм. Тиймээс ус хөрснөөс харьцангуй өндөр агууламжтай үндэс рүү очдог байна. Үүнийг нь осмос гэнэ. Кимчи хийх гээд байцаа даршлах үед байцааны агууламж багатай байцааны дотор талд байсан ус гадагш гардаг шалтгаан энэ.
Хялгасан судасны үйлдэл нь үндсэнд орж ирэх усыг дээш сорно. Нарийхан тунгалаг гуурсыг савтай усанд хийхэд гуурсан дахь усны түвшин нэмэгддэг дээ. Ургамал ногоо ч мөн үндэснээсээ эхлээд ишээрээ дамжуулан навчиндаа ус чийг дамжуулж өгдөг усан хоолой гэж бий. Тэд харахад дэндүү нарийхан, мөн шилэн гуурс шиг ус сорох хүчтэй байдаг аж.
Ургамлын үндэс, иш зэрэг нь усыг түлхэж байхад навч нь ус чийгийг дээш татдаг. Сөрөг цэнэгтэй хүчилтөрөгч ба эерэг цэнэгтэй устөрөгчөөс бүрдсэн усны молекулууд гинжин хэлхээний үүрэг гүйцэтгэж, бие биенээ соронзон мэт татдаг. Тиймээс навчны стоматаар дамжин ус уурших үед ёроолтой холбогдсон усны молекулууд дээш татагдана. Үндэс, иш, навчны хүч тухайн ургамлын оргил хэсэгтээ ус хүргэж өгөхийн тулд тун нарийн ажилладаг байна.
Үнэгүйгээр бууж ирдэг асар их хэмжээний нарны эрчим хүчний давуу талыг авах гэж хүн төрөлхтөн урт удаан хугацаа зарцуулсан. Угаасаа сансар огторгуйд ашиглагдахаар хөгжсөн байсан нарны эс их хэмжээгээр үйлдвэрлэгдэж байдгийг зарим нэг байшингийн дээвэр дээрээс харж болно. Ер нь нарны эрчим хүчийг олон оронд чулуужсан түлш орлуулах цэвэр эрчим хүч гэж үздэг төдийгүй үүнтэй холбоотой аж үйлдвэрүүд улам бүр нэмэгдсээр байгаа юм.
Хүн төрөлхтний үйлдвэрлэдэг нарны эс 130 жилийн урт түүхтэй ч их орон зай эзэлдэг хэр нь ердөө 8-15 хувийн үр ашигтай гээд сул тал байсаар л байна. Тэрхүү сул талыг нь нөхөхөөр эрдэмтэд ургамал ногоо руу хараагаа эргүүлээд байгаа. Тэгтэл гэрлийн энергийг цахилгаан энерги болгож хувиргах хлоропластын үр дүн 95 хувьтай байдаг аж. Фотосинтезээр бол ургамал ногоо 1,5 литрийн хоёр сав ус, хангалттай нарны гэрэл хоёр байхад л айл өрхийн нэг өдрийн турш хэрэглэх цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэж чадна. Эрдэмтэд ургамал ногоон дээр явагддаг фотосинтезийн системийг дуурайлган, илүү үр ашигтай нарны эс бүтээж байна.
Нэг алхам ч алхаж хөдлөөд байдаггүй хэр нь ургамал ногоо фотосинтез хэмээх өндөр дэвшилтэт стратегийн ачаар хангалттай эрчим хүч, энерги авдаг. Дэлхий гараг дээрх бүхий л амьд биет энэхүү “ногоон нууц” агуулсан ургамал ногооноос эрч хүч, энерги авна. Нарны гэрлийг цацруулж байдаг ногоохон навчиснаас хүмүүн бид нам гүмхэн боловч эрч хүчтэй амин амьсгалыг мэдэрнэ. Нэг шинэхэн навчнаас ч амь амьдралын агуу зүй тогтлыг харж болохоор ажгуу.
- Эх сурвалж
- Lee Heung-wu, The Story of Photosynthesis Told by Engelmann (in Korean, 엥겔만이 들려주는 광합성 이야기), Jaeumgwa Moeum, 2010
- Hong Jun-eui and three others, Living Science Textbook 1 (in Korean, 살아 있는 과학 교과서 1), Humanist, 2011
- Newton Editorial Staff, Wonderful Plants – The Unknown World of Plants (in Korean, 경이로운 식물들-알려지지 않은 식물의 세계), October, 2013
- Lee Seong-gyu, Children of the Sun Paying Attention to Artificial Leaves (in Korean, ‘인공 잎’에 주목하는 태양의 아이들), Science Times, Jan. 24, 2014