De fotosynthese wordt schematisch weergegeven in figuur 1, die te vinden is in aflevering 1 van het eerste artikel van ‘Planten en boeren, met hun drang’ in de rubriek Ecologie, maar het eigenlijke verhaal begint met aflevering 5. Bladgroen, oftewel chlorofyl absorbeert het rode en blauwe einde van het zichtbare spectrum van zonlicht en weerkaatst iets van het midden ervan. Daardoor lijken voor ons alle planten groen. De lichtfotonen-energie die de aarde bereikt wordt door de planten eerst omgezet in de opgewonden energie van elektronen en daarna in de chemische energie van biomassa. Planten manipuleren daarbij de tweede wet van de thermodynamica en passen de vierde wet toe.

In aflevering 5 en volgende wordt de molecuul besproken die het in zich heeft dit kunststukje te vervullen: het chlorofyl en zijn werking. Dit deel van het artikel is gebaseerd Tyler Volk’s boek Gaia’s Body – Towards een Physiology of Earth. Het is een proces in stappen, met termen als absorberen, vibreren en resoneren. Het gaat van chlorofyl naar reactiecentra, die de energiestroom van een paar honderd chlorofylmoleculen verzamelen. Er volgt een vlaag van activiteiten die leidt tot het ultieme doel van de fotosynthese: het benutten van lichtenergie om de kooldioxide en het uit water afkomstige waterstof aan elkaar te lassen in ketens van complexe koolwaterstoffen en andere moleculen. In formule is dat 6 H2O + 6 CO₂ → C6H12O6 + 6 O₂.

Er zijn daarvoor eerst ook nog andere reactiecentra nodig. Eerst wordt in fabriek 1 de energie van de arriverende elektronen in een echte, solide chemische verbinding gerangeerd: nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat (NADPH). In een ander type moleculaire fabriek vlakbij wordt adenosine-trifosfaat gesynthetiseerd (afgekort als ATP). Samen zullen deze twee energie-opslag-moleculen (ATP en NADPH) gebruikt worden om met biosynthese suiker te vormen. Lees hierover in aflevering 7.

Volk bekijkt dan in aflevering 8 de betekenis van het universele voorkomen van dit proces en het starre conservatisme van de fotosynthetiserende systemen. Hij heeft dan het deel ‘foto’ uit het woord fotosynthese gehad en gaat in aflevering 9 kijken hoe in de ‘synthese’ met toevoeging van kooldioxide de biomassa gebouwd wordt die eikenbomen zo fier overeind doet staan. Daar spelen de zogenaamde ‘donkere reacties’ een rol in en die beginnen bij een alomtegenwoordig molecuul met de bijna onuitsprekelijke naam ribulose-1,5-bifosfaat-carboxylase-oxygenase. Die naam wordt afgekort tot Rubisco. Daarover gaat ook aflevering 10. Het zijn twee enzymatische sleepboten ineen – carboxylase of oxygenase – die elk in tegenovergestelde richting trekken. In dit verband komt het verschijnsel van C3- en C4-planten aan de orde. Het verschijnen van C4-planten lijkt een evolutionaire aanpassing die waarschijnlijk zo’n tien miljoen jaar geleden plaatsvond. Tarwe is een C3-plant, maïs, sorghum en suikerriet zijn C4-planten.

Dat dit verschil bestaat is voor moderne onderzoekers aanleiding om te kijken of ze planten kunnen manipuleren tot een hogere benutting van de zonne-energie. Daarover gaat het in aflevering 13 en 14, waarbij diverse Nederlandse wetenschappers aan het woord komen. De mens als god?

Maar om dat te snappen kijken we eerst nog naar de zogenaamde energiecascade van de zon naar de plant. Van de 340 watt per vierkante meter die als zonlicht de aarde bereikt, benut de plant er namelijk slechts 1. Hoe in een aantal stappen zo’n groot verlies optreedt is het thema van in aflevering 11 en 12. De energie die de plant niet bereikt, speelt natuurlijk nog wel een cruciale rol in het fungeren van Gaia. Hierna gaat het artikel bekijken hoe de natuur omgaat met die biomassaproductie, in de vorm van ecologische successie. Zie ook planten en boeren, het artikel in het kort. En zie vooral ook plankton.

Lees over de fotosynthese ook in aflevering 12 van de eerste serie ‘Wat is ecologie?’ en in aflevering 59 van de derde serie. De fotosynthese komt ook aan de orde in aflevering 9 van het artikel ‘De aarde leeft!’ in de rubriek Ecologie.