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光合成の産物の酸素は年間 2600億トン生産
体の免疫力を上げるには、「体を冷やさない
ことと酸素不足にならないこと」というほど
私たちの体にとって酸素は重要です。
この酸素は、全て植物などの光合成生物
によってつくられたもので、その量は
年間、2600億トンにものぼります。
地球上の大気中の酸素量は、約1200兆トン
ですので、約4600年で大気中の酸素が
全て循環されることになります。
現在、地球上の光合成のうち約40%は
ラン藻によるもので、約40%が森林で
行われていると考えられています
光合成 ＝ 植物の生き方
さて、この「光合成」という言葉
ですが小中学校のレベルですと
「植物が光によってデンプンなどを作る働き」
高校レベルでは
「植物が光によって水を分解して酸素を発生し、
＊二酸化炭素を有機物に固定する反応」
大学レベルは
「光によって環境中の物質から還元力を取り出し、
＊その還元力とエネルギーによって、二酸化炭素
＊を二酸化炭素を有機物に固定する反応」
＊有機物に固定する反応」
大学院レベルの、光合成の最後の定義は
「光のエネルギーによって環境中から
＊還元力を取り出し、その還元力とエネル
＊ギーを用いて行う代謝系を全て含む反応」
ということになっています。
＊ （「光合成の森」）
光合成生物が「光のエネルギーを使って
生きる」という選択をした時に、細胞内
のほとんどの反応は、光合成として位置
づけられることになりました。
光合成とは「植物の生き方」なのです。
「光合成」の発見
植物の生き方でもあり、私たち人間にとって
なくてはならない酸素を生み出してくれる
光合成ですが、発見されたのは比較的最近
のことであり、19世紀も半ばになって
ようやく明らかにされたということです。
1772年
科学者および聖職者であったジョセフ・
ブリーストリーが、植物は燃焼や呼吸に
役立つ気体を出すことに気づきました。
1779年
ブリーストリーの発見に影響を受けた
オランダの医師、インゲンホウスが
その気体は緑の葉に日光が当たる時に
だけ出ることを知ります。
1804年
スイスのニコラス・テオドール・ド・
ソシュールが、植物が二酸化炭素を
呼吸して、体の成分にすることを発見。
1862年
ドイツの植物生理学者、ユリウス・フォン・
ザックスが、植物が光合成でデンプンを
作ることを証明したのです。
二酸化炭素は葉の「気孔」から取り入れる
植物は、太陽光のエネルギーによって根や
葉から吸収した水を分解して酸素を発生し
空気中の二酸化炭素からデンプンを作ります。
植物の二酸化炭素の取り入れ方は、葉の
細胞の「気孔（きこう）」という穴から
空気中の二酸化炭素を取り入れています。
空気中の二酸化炭素量は、0.03％といった
わずかなもので、これはコーヒーカップ
一杯のコーヒーの中に、ほんの一滴入れた
ミルクの量と同じというほどの少ない量。
こんなに少ない量しか含まれない
二酸化炭素が、なぜ葉っぱの気孔と
いう穴から入って行くのかといえば、
葉の中の二酸化炭素は光合成に使われて
しまうので、葉中の二酸化炭素濃度は非常
に低く、ほとんどない状態にあります。
濃度が異なる気体が接する時、気体は濃度の
高い方から低い方へ流れて、同じ濃度になろう
とする性質があるため、空気中の二酸化炭素
は葉の気孔から葉っぱに入っていくのです。
気孔は夜は閉じていて、朝になって明るく
なると開き、夕方にまた閉じますが、気孔
が最も開いている日中に光合成をします。
時には気温が高くなって葉から大量の
水分が蒸発すると、気孔の開く度合いが
小さくなってしまうことがあります。
こうならないために植物は、根から
水を多く吸収して、葉の含水量を低下
させないようにしています。
また太陽光といっても、虹やプリズム
で見られるように、およそ七色の光を
含んでいます。
おおざっぱにいうと「青」「緑」「赤」の
三色ですが、植物たちが光合成に積極的に
利用しているのは、青色と赤色の光だそう。
大気中の酸素量 ほぼ０ → 21%へ
約30億年前の地球には、酸素はほぼなかった
と考えられていますが、そこにシアノバクテ
リアと呼ばれる藻類の一種が現れました。
シアノバクテリアは、地球上で初めて光合成
を行った生物でありその後、同じように光合
成をする他の植物も現れてきました。
オーストラリアのシャークベイという海岸
に岩のような塊が見られますが、これは
シアノバクテリアが堆積してできたものです。
現在でも、光合成を始めた頃と同じような
状態で生息しているものもあるようですが
シアノバクテリアがどのように誕生したか
については、まだ解明されていないとか。
これがシアノバクテリアの写真です。
場所は、オーストラリアのシャークベイ
に位置するハメリンプール海洋保護区。
シアノバクテリア（写真/「ガラパゴア」）
（オーストラリア シャークベイ）
岩のように見えるのは、藍藻類であるシアノ
バクテリアと泥などの沈殿物が何層にも積み
重なってできたものです。
「ストロマとライト」と呼ばれ、その多くは
死骸となって化石化したものですが、中には
生きているものもいるそう。
これらシアノバクテリアをはじめ光合成をする
生物たちにより空気中の酸素の割合は増えて
いき、現在では大気中の21%が酸素です。
大気中の成分割合
＊ 窒素 78%
＊ 酸素 21%
＊ アルゴン 0.93％
残りの 0.1％ は、微量気体と呼ばれ
水蒸気、二酸化炭素などです。
この濃度は、高度約100kmまでは
地球上どこでも一定だということ。
地球ができた頃は、今より何十倍も気圧
が高く、主成分は二酸化炭素で、酸素は
ごく少量だったと考えられています。
地球が冷えてくるにしたがって水蒸気は
水となり海ができ、二酸化炭素は海に溶
けて石灰岩となって海底に沈みました。
シアノバクテリアなどの光合成を行う生物
が増えてきて、二酸化炭素を吸って酸素を
放出したため二酸化炭素量は減少。
また現在も78％も含まれる窒素は、地球
のもととなった隕石などに含まれていた
成分からできたとみられています。
二酸化炭素や水蒸気などが大気中から
減っていく一方、一度できるとほとんど
変化しない安定した気体である窒素が
今も多く含まれているのです。
酸素呼吸をする生物の誕生
大気の主成分が、二酸化炭素と窒素だった
地球に、二酸化炭素使い酸素を生み出す
光合成が生まれ、酸素呼吸をする生物が
誕生しました。
＊ 光合成 二酸化炭素 → 酸素
＊ 呼吸 酸素 → 二酸化炭素
「光」「水」「二酸化炭素」を利用して
生物の体が作られ、酸素はどんどん増え、
それを有効に利用してエネルギーを効率
よく得る生き物が生まれたのです。
（しかし、最近では
「光合成による酸素→酸素呼吸生物の誕生」
＊は、順番が逆とする説もあるそうです）
全ての酸素も有機物も「光合成」から
＊植物は光合成によって有機物を
＊作り、それを養分にして成長
＊ ↓
＊その植物を草食動物が食べ
＊ ↓
＊草食動物を肉食動物が食べる
という食物連鎖の元をたどれば、全ての
動物の生きるためのエネルギーは光合成に
より作られた有機物が姿を変えたものです。
地球上の光合成は、陸上植物、藻類、
シアノバクテリアによって行われています。
地球上の全ての酸素は光合成に由来し、
全ての有機物もまた光合成に由来する
のです。
