Fotosinteza - incredibilul proces de asimilare completa a energiei

 

Fotosinteza - cea mai eficienta utilizare a energiei? 

Enigmele plantelor

O descoperire foarte importanta, poate chiar cea mai importanta din domeniul biologiei din ultimul mileniu a ramas eclipsata de mai bine mediatizatul miracol al bacteriilor cu arsenic din 2010. Urmatoarele informatii vor putea transforma complet relatia noastra cu regnul vegetal. In cele ce urmeaza va prezentam prima descoperirea uluitoare despre eficienta inimaginabila a fotosintezei. 

Cine stie. poate intr-o buna zi masinile noastre vor avea jardiniere in loc de rezervoare cu combustibil. 

Stim cu totii cat de importante sunt plantele pentru echilibrul biologic al Planetei. Fara plante nu ar exista oxigen, deci viata pe Pamant. Existenta plantelor este, totusi, atat de comun si de la sine inteles, incat suntem tentati sa nu-i acordam nici o atentie. Mai mult, distrugem pe zi ce trece tot mai mult din plantele sustinatoare ale vietii. Le distrugem fara sa tinem cont ca ele ar putea simti. Cu toate acestea, chiar si cea mai mica buruiana contine atatea secrete inimaginabile, ce dainuie de sute de milioane de ani, pe care doar acum incercam sa le deslusim.

2010 a fost anul in care doua echipe de cercetatori au ajuns la aceeasi concluzie, si anume, eficienta cuantica a fotosintezei plantelor este incredibil de mare, pierderile prin radiatiile termice si foto-luminescente sunt mult prea mici in procesul de fotosinteza.

Trebuie, deci, sa existe ceva misterios, ce ar putea fundamenta aceasta eficienta de 95-98 %-os fata de eficienta elementelor foto-voltaice de doar 10-15 % - Care ar trebui sa fie secretul?

Oamenii de stiinta au ajuns la o descoperire socanta, care a dus la aparitia biologiei cuantice. Despre ce este vorba, totusi?

Pentru a intelege fenomenul va trebui sa cuplam biologia clasica cu foto-chimia, pe care sa-l condimentam cu un pic de fizica cuantica. Suna destul de exotic, dar sa nu ne speriem de ea!

Faza de lumina a fotosintezei

Prima faza a fotosintezei, prin care plantele precum si fito-bacteriile (ce contin clorofila), absorb prin pigmentii verzi cuantumurile culorilor rosu si albastru (fotonii), iar energia continuta de acesti fotoni le transporta in centrele de reactie, unde incep procesele bio-chimice.

Captarea luminii se efectueaza pe suprafata frunzelor, prin intermediul receptorilor - nistre grupuri de molecule de clorofila, dar ale caror lanturi proteice nu permit asimilarea de catre acestia a energiei fotonilor. In schimb aceste molecule captatoare, ca urmare a sensibilizarii cu fotoni ajunge la un nivel energetic superior, din care se pot reseta la valoarea initiala, si anume in trei moduri:

A) Vor emite, la randul lor, lumina (fluorescenta), urmand ca prin eliberarea acestei energii electronii acestor molecule sa decada intr-o stare energetica inferioara (initiala) - descarcare prin lumina,

B) Surplusul de energie se transforma in caldura (planta, sau bacteria foto-sintetizatoare se incalzeste),

C) Surplusul de energie se transmite la molecula de clorofila vecina, pana ajunge la asa numitele "centre de reactie" unde o pereche de molecule speciale le prinde in capcana, extrage electronul aflat in stare superioara de energie din intreg procesul, le separa din aceste antene captatoare, inchizand procesul initial de captare, urmand sinteza chimica al energiei.

Bine inteles, din punct de vedere al plantei, doar a treia varianta este benefica, deoarece doar prin acest proces va putea obtine energie chimica pentru intretinerea proceselor biologice. Din acest motiv, cea mai importanta caracteristica a fotosintezei din stadiul de captare a luminii este eficienta cuantica ridicata, adica procentul fotonilor care vor lua parte la reactiile foto-chimice (adica ajung de la receptoare la centrele de reactie)

Asa cum am mai amintit anterior, eficienta de 95-98 % este atat de mare incat intreaga comunitate al oamenilor de stiinta, ce efectueaza cercetari in acest domeniu este coplesita in fata acestor date.

Daca se ia in vedere distanta dintre receptori pana la centrele de reactie, respectiv cantitatea limitata a moleculelor de clorofila, pare de neinteles de ce nu exista pierderi mai mari pe "traseu", pierderi ce s-ar putea materializa prin fluorescenta sau caldura.

Experimente si dovezi stiintifice

Experimentele initiale au fost efectuate pe unul din cele mai simple bacterii foto-sintetizatoare, in asa fel incat unul din receptorii acestuia, prin alegerea unei molecule de clorofila, a fost radiata cu un impuls de laser, foarte precis si de o durata incredibil de scurta (de o femtosecunda, adica 0.000000000000001 sec), 

Astfel sa simulat radiatia solara, iar mai apoi, printr-un proces ultra-rapid de detectare, cu un spectroscop electronic bidimensional, au verificat distributia nivelurilor de energie, respectiv transmiterea acestei energii catre moleculele vecine.

Nu mica a fost mirarea cand au constatat ca energia fotonilor captati a fost, practic, imediat (adica fara un decalaj sesizabil) transmis catre molecula vecina, fara a lua in considerare nici viteza luminii si nici distanta dintre pigmenti. Specialistii afirma ca acest fenomen parca ar transmite energia fotonului captat in asa fel incat acesta sa fie prezenta deodata, fara intarziere, la toti receptorii, cu toate ca impulsul radiatiei a fost canalizata doar asupra unui singur receptor.

Cu ajutorul cunostintelor noastre contemporane, pe care abia le stapanim, si mai greu le putem intelege cu mintea rationala, acest proces poate fi explicat doar printr-un singur fel: 

- moleculele de clorofila, bine delimitate in spatiu, sunt perechi interconectate din punct de vedere a fizicii cuantice. Altfel spus, manifestarile aceluiasi particul sunt prezente in mai multe locuri bine definite in spatiu, pe suprafata frunzelor, sau suprafata bacteriilor fotosintetizatoare

Schema de mai sus arata structura FMO a bacteriei, la expunerea cu radiatii laser asupra receptorilor, in interval de o femtosecunda (10⁻¹⁵),  corelatia cuantica in functie de emisiunea radiatiei precum si captara ei

In afara de miracolul naturii, eficienta incredibila ale acestor forme de viata, poate si stiinta va invata ceva de la ei, si intr-o buna zi vom putea prelua si noi si vom putea pune in practica surse eficiente de utilizare a energiei solare.

Sursa - "Quantum entanglement in photosynthetic light harvesting complexes", Nature Physics, 2010; DOI: 10.1038/nphys1652.

Traducere partiala din Idokep.hu

Disclaimer: traducerea este efectuata de mine. Nefiind biolog, nu pot sa-mi asum raspunderea pentru erorile de traducere. Am considerat, totusi, ca este o stire importanta, mai ales ca este - poate - premiera in Romania. Cel putin, pana la data aparitiei acestei traduceri nu am gasit referinte similare traduse in limba romana.

bazine pentru dejecţii animale

Bazine pentru dejectii animale

In conformitate cu noile reglementari din Uniunea Europeana, depozitarea dejectiilor provenite de la fermele de animale se vor efectua prin asigurarea prevenirii poluarii solului, a cursurilor de apa, precum si a panzei freatice.

Aceste reglementari necesita luarea de masuri speciale, instalatii moderne de stocare si distribuire a fecalelor.
Fosele septice, bazinele deschise, gropile neprotejate, utilizate in trecut nu mai respecta normele de protectie. Dejectiile se scurg, in apele curgatoare, se infiltreaza in sol, in panza freatica, compromit calitatea apelor din fantani, etc.

Ţânţarii în iazul ornamental? Nisipul din iaz si aparitia multor probleme?

In cele ce urmeaza dorim sa dezbatem o serie de probleme care pot aparea atunci cand decidem sa utilizam nisipul pt finisarea iazului ornamental. Unii o folosesc ca si protectie suplimentara a membranei de izolatie, altii pentru plantare, altii pentru ornarea naturala a marginii iazului, sau pur si simplu pentru ca, in viziunea majoritatii, nisipul este strict legat de ceea ce consideram noi apa naturala, gasindu-l pe malul marii, raurilor, si in zonele linistite ale paraielor, deci pretutindeni, unde este apa. 

Dar, oare, procedam corect si in cazul iazurilor ornamentale?

Nisipul din iazul ornamental poate cauza probleme de proliferare a ţânţarilor?

Poate va intrebati ce legatura au tantarii cu nisipul asternut in iaz? Tantarii iubesc apa statatoare. Trebuie stiut insa ca nisipul asternut poate cauza aparitia unor zone linistite, lipsite de miscarea apei. Aceste zone ajuta la aparitia unor serii de probleme, pe care le dezbatem in continuare.

Dezvoltarea tantarilor

Un iaz ornamental bine proiectat si construit nu ar trebui sa produca problemele dezbatute aici. O miscare constanta si uniforma a apei ingreuneaza depunerea larvelor.  Iazurile cu pesti sunt si mai eficiente, deoarece pestii vor folosi larvele ca surse de hrana, din acest motiv in iazurile cu pesti aparitia tantarilor ar putea fi posibila doar in cazul in care exista zone marginale blocate de plante, unde pestii nu pot avea acces.

Larvele tantarilor sunt o sursa naturala de hrana pentru pesti, deoarece larvele petrec majoritatea perioadei de dezvoltare sub apa.

Lacurile infestate cu tantari sunt lacuri cu apa stagnanta, cu o miscare si/sau recirculare precara, fara pesti, cu zone stagnante (ex mici gropi la marginea iazului).  Pestii si/sau vietuitoarele acvatice combat cu succes larvele tantarilor.

Ce alte probleme cauzeaza nisipul in iaz?

Foarte multi detinatori de iazuri utilizeaza un strat de nisip in iaz, in fundul bazinului sau in zonele palustre, pentru facilitarea plantarilor plantelor acvatice. Altii utilizeaza filtre mecanice cu nisip pentru purificarea apei din iaz. Nu utilizati nisip nici la asternerea in iaz si nici in filtrele de apa.  Singura exceptie este utilizarea filtrelor de nisip sub presiune, special proiectate acestui scop. (Reamintim ca filtrele de nisip utilizate in tehnica piscinelor nu are ce cauta in majoritatea iazurilor ornamentale. Eficienta lor este redusa, se colmateaza rapid, rezultatul fiind doar aruncarea banilor pe fereastra)

filtrele de nisip nu sunt pt iazuri

Nisipul are eficienta scazuta din simplul motiv ca se colmateaza foarte repede cu sedimentele provenite din descompunerea materialelor organice, plante, vietuitoare, alge moarte, hrana de pesti nedigerata, praf si pamant provenit din exterior. 

Problema apare atunci cand oxigenul, indispensabil in descompunerea acestor materiale organice, nu mai are acces in straturile inferioare ale nisipului colmatat. Atunci descompunerea aeroba nu mai poate avea loc. In schimb, o descompunere anaeroba - de putrefactie - producatoare de amoniu, dioxid de carbon, care prin eliminare va absorbi si mai mult oxigenul din apa. 

sedimente in iaz

Descompunerea anaeroba este mult mai inceata, deci este practic garantat ca sedimentele se vor acumula si mai mult, iar gazele otravitoare vor provoca mult mai multe probleme, ca de pilda: dezoxigenarea, acidifierea, aparitia bacteriilor anaerobe, mirosuri puternice, intoxicarea vietuitoarelor, atrofierea plantelor, etc...

Daca ati miscat vreodata o piatra blocata in namol, sau ati scos un o planta din apa, precis ati observat stratul negru, cleios si urat mirositor. Deci ati putut observa cum in zonele unde oxigenul nu poate patrunde in profunzime, calitatea substratului va suferi modificari in sens negativ.

Curatarea iazului de namol

Ganditi-va si la problemele pe care le veti avea de infruntat atunci cand va veni momentul sa spalati complet iazul ornamental! Separarea namolului de nisip este imposibila! Va trebui sa degajati tot stratul de nisip impreuna cu namolul, poate in cantitati uriase, pe care nu veti sti unde sa le depozitati!

Deci: NU ADAUGATI NISIP IN IAZUL ORNAMENTAL!

.

Zone linistite cu nisip, cu apa statuta si adancime mica vor fi surse de putrefactie si aparitia a multor probleme

 

Rezervoare pentru zăpadă artificială

Turismul este o prioritate si in tara noastra. Tot mai multe partii de ski se deschid si/sau se modernizeaza anual.

Dar o partie de ski cu adevarat perforamanta, care sa poata oferi conditii optime de agrement pe intreaga perioada de iarna, are nevoie de asigurarea permanenta a unui strat de zapada consistent si de calitate.

Tunurile de zapada devin tot mai des accesoriile indispensabile ale partiilor de ski de calitate. 

In special modificarile climatice cu fluctuatii serioase de temperatura, corelate cu lipsa acuta de precipitatii din ultimii ani pe partiile de ski din Europa pun o sarcina tot mai mare pe tunurile de zapada.

rezervoare de zapada artificiala

Alimentarea cu apa a tunurilor de zapada nu poate fi asigurata in toate cazurile din surse directe de apa. Din acest motiv se impune construirea si amenajarea de bazine, rezervoare de stocare a apei.

Constructia acestor bazine de colectare necesita izolarea lor pentru prevenirea pierderilor de apa.

Cea mai la indemana posibilitate de izolatie este oferita de catre Firestone cu membranele EPDM PondGard.

Calitatile exceptionale ale materialului PondGard: rezistenta remarcabila la actiunile mecanice, termice,  chimice, UV-C, durabilitate, flexibilitate recomanda acest material ca fiind alegerea nr 1 in constructia rezervoarelor pentru zapada artificiala

Va asteptam sa ne contactati pentru executia unui astfel de proiect



 ***

Intretinerea iazurilor si lacurilor de mari dimensiuni

Iazurile de mari dimensiuni necesita un tratament diferit de iazurile mici?

 Iazurile si lacurile de dimensiuni mari nu difera doar prin dimensiuni de iazurile mici, ci sunt niste entitati complet diferite ce necesita un tratament special, dar mai inainte de toate necesita o intelegere a tuturor proceselor biologice si chimice pentru asigurarea unei calitati al apei sanatoase.

Chiar si sistemele de filtrare mari nu vor functiona in iazurile mari. Iazurile de mari dimensiuni nu pot fi tratate cu instalatii de ultraviolete si filtre biologice din simplul motiv ca volumul de apa este mult prea mare.  Secretul se gaseste mai degraba in plantele acvatice si in volumul suficient de oxigen din apa.

Motivele ineficientei sistemului de filtrare in iazurile de mari dimensiuni:

• Filtrele biologice au nevoie de curatire periodica si necesita cantitati imense de oxigen. In caz contrar vor lucra impotriva iazului.
• Nu exista nici o posibilitate de a construi un iaz cu un sistem de recirculare eficient, adica nu exista garantia ca intreg volumul de apa din iaz sa treaca prin sistemul de filtrare cu o frecventa medie bine definita. 

Cu siguranta nu utilizati pietris compactat. Acestea nu vor face decat sa inghita sedimentele care se vor descompune in mod anaerob, imprumutand un miros urat si multe alte probleme.

In esenta, problemele de calitate ale iazurilor mari, ca de exemplu lacurile de golf iau urmatoarele aspecte:

• Este necesar sa se controleze imputul substantelor nutritive (sarcina).
• Plantele acvatice preiau substantele nutritive din apa. 
• Suplimentarea cu cantitati mari de oxigen prin intermediul pompelor de aerare, fantani arteziene. Ecest lucru este de importanta cruciala.

Cum sa pastram calitatea apei intr-un iaz mare

Suplimentarea cu cantitati mari de oxigen incurajeaza natura sa se activizeze. Aerarea permite miscarea apei chiar si in cazul iazurilor mari. Imbunatateste si efectul vantului prin limitarea cazurilor in care stratificarea apei are loc vara.

Fara oxigen suficient iazul sau lacul va acumula sedimente nedescompuse. Oxigenul permite descompunerea rapida a sedimentelor prin procesul de nitrificare.

Daca nu se acorda suficienta atentie pentru aerarea corespunzatoare a iazului mortalitatea pestilor pe parcursul verii este iminenta. Apa calda nu mai are capacitatea de a absorbi oxigenul in cantitati suficiente si, asa cum am mai spus anterior, stratificarea apei va bloca patrunderea oxigenului in straturile inferioare ale apei.

Tratamente

Conform Wikipedia, Bio-augmentarea (Bioaugmentation)  inseamna introducerea unui grup de elemente microbiene naturale sau variante modificate genetic pentru a trata solul sau apa contaminata. In cazul nostru este vorba de aplicarea unor tratamente profilactice (insamantarea cu culturi bacteriene, planctoni, apa "vie" din iazuri bine stabilizate) sau tratamente necesare unor probleme ivite pe parcurs: algicide, substante ce ajuta la descompunerea sedimentelor, etc.

Majoritatea produselor de tratament au efectul cel mai puternic doar in combinatie cu un nivel ridicat de oxigen in apa. 

Produsele cele mai eficiente sunt, in general, destinate pentru controlul si limitarea substantelor nutritive din apa: Carbon (masa organica), Nitrogen (nitratii) si compusi ai Fosforului (fosfatii) Aceste substante nutritive se leaga, in majoritatea cazurilor, de oxigen, deci sunt concurenti cu plantele, algele, pestii, algele filamentoase, bacteriile aerobe din apa si din sedimente, alte vietuitoare acvatice, etc.

Lacurile si iazurile cu continut ridicat de substante nutritive vor fi caracterizate prin inflorire excesiva ale algelor verzi si filamentoase, dar si printr-o acumulare vertiginoasa a depunerilor de sedimente - namol.

In iazurile de mici dimensiuni, tratamentele cu substante chimice nu ar trebui sa fie utilizate, deoarece un sistem bine proiectat de filtru biologic, impreuna cu un sistem cu ultraviolete UVC ar trebui sa poata face fata necesitatilor. Substantele algicide si de tratament similar pot avea efecte nefaste asupra bacteriilor nitrificatoare, plante acvatice, pesti si alte vietuitoare din apa.  Nu uitati, majoritatea algicidelor intra in reactie cu oxigenul, nivelul acestuia scazand vertiginos din apa, mult sub valoarea critica.

Singurul moment in care tratamentul cu algicide ar trebui sa fie acceptata, in iazurile de dimensiuni mici sau medii, prevazute cu sisteme de filtrare, sterilizare, recirculare, este perioada de primavara cand aceste sisteme nu sunt inca pornite, sau doar recent, iar eficienta filtrarii bacteriene este mult prea limitata.