Qu'on les étudie du point de vue de leur structure générale ou de la microbiologie, on s'apercevra que les feuilles possèdent des systèmes détaillés, planifiés et très complexes pour produire autant d'énergie que possible. Afin que les feuilles produisent de l'énergie, elles doivent récupérer de la chaleur et le dioxyde de carbone de l'extérieur. Tous les systèmes des feuilles ont été conçus afin de récupérer ces deux éléments de la manière la plus facile. Examinons tout d'abord les structures externes des feuilles.Les surfaces externes des feuilles sont grandes. Cela permet l'échange des gaz (comme l'absorption de dioxyde de carbone et le rejet d'oxygène, par exemple) nécessaires à la photosynthèse.
Les formes plates et larges des feuilles permettent à toutes les cellules d'être proches de la surface. Grâce à cela, l'échange de gaz est plus facile, et la lumière du soleil peut atteindre toutes les cellules qui mettent en œuvre la photosynthèse. Imaginons ce qui arriverait autrement. Si les feuilles n'étaient pas plates, larges et minces, mais avaient des formes géométriques aléatoires ou insensées, elles ne seraient capables d'exécuter la photosynthèse que dans les régions qui ont un contact direct avec le soleil. Cela signifierait que les plantes ne seraient pas capables de produire assez d'énergie et d'oxygène. Le résultat le plus important pour les êtres vivants serait certainement l'apparition d'un déficit d'énergie dans le monde.
Les systèmes spécialement "planifiés" ne s'arrêtent pas là. Le tissu des feuilles possède une autre propriété importante. Grâce à elle, le phototropisme, ou mécanisme d'orientation vers la lumière, survient. C'est la raison pour laquelle les plantes orientent leurs feuilles en direction du soleil, ce qui peut être facilement observé avec des plantes en pots. Afin de comprendre les mécanismes de ces processus qui sont d'une importance vitale, nous devrions examiner rapidement la structure physiologique des feuilles.
Si on regarde une section transversale d'une feuille, on verra une structure en quatre couches.
La première est la couche épidermique, qui ne comprend pas de chloroplastes. Le rôle de l'épiderme, qui recouvre le dessus et le dessous de la feuille, est de protéger la feuille des influences externes. La partie la plus extrême de l'épiderme est recouverte d'une couche cireuse protectrice et résistante à l'eau, appelée cuticule. Lorsqu'on regarde les couches internes de la feuille, on voit qu'elle est généralement constituée de deux couches de cellules. Parmi celles-ci, les cellules riches en chloroplastes sont alignées, sans intervalles entre elles, et constituent une palissade, qui forme le tissu interne. C'est la couche qui exécute la photosynthèse. La couche spongieuse sous celle-ci est la couche qui permet la respiration. Des poches d'air se trouvent entre les couches de cellules dans ce tissu. Toutes ces couches ont des tâches très importantes lors de la construction de la feuille. Ce type d'organisation est d'une extrême importance du point de vue de la photosynthèse, car il permet à la feuille de s'étendre et de mieux distribuer la lumière. De plus, la capacité à mener les processus comme la respiration et la photosynthèse augmente avec la taille de la surface de la feuille. Par exemple, dans les forêts tropicales denses et pluvieuses, il y a une tendance à ce que des plantes aux larges feuilles poussent. Il y a d'importantes raisons à cela. Il est assez difficile pour la lumière du soleil d'atteindre toutes les parties des plantes de la même manière dans les forêts tropicales, car les arbres qui les composent sont tous tassés les uns à côté des autres. C'est ce qui rend nécessaire l'augmentation des surfaces des feuilles afin de capturer la lumière. Dans les zones où la lumière pénètre avec difficulté, il est très important que les surfaces des feuilles soient larges afin que les plantes produisent de la nourriture. Grâce à cette caractéristique, les plantes tropicales sont exposées à la lumière de la manière la plus avantageuse.
On trouve, d'un autre côté, des petites feuilles dans les climats rudes et secs, car sous ces conditions climatiques le problème fondamental est la perte de chaleur, et plus la surface des feuilles est grande, plus l'évaporation de l'eau, et donc la perte de chaleur, augmente. Pour cette raison, la surface des feuilles, qui capture la lumière, a été créée de la façon la plus économique pour que la plante conserve son eau. Dans les environnements désertiques, le rétrécissement des feuilles atteint des proportions exagérées. Les cactus ont des épines à la place de feuilles, par exemple. Dans ces plantes, la photosynthèse est menée dans les tiges. En plus, l'eau est aussi stockée dans les tiges.
Mais ce n'est pas suffisant pour contrôler les pertes en eau. Car quelque soit la petitesse des feuilles, la présence de pores minuscules dans l'épiderme, appelés stomates, signifie que la perte en eau est continuelle. Pour cette raison, l'existence d'un mécanisme compensateur de l'évaporation est essentielle. Les plantes ont un moyen de réguler une évaporation excessive, qui se réalise en contrôlant le degré d'ouverture des stomates, en les ouvrant ou en les contractant selon le besoin.
Les feuilles, à part la capture de la lumière pour la photosynthèse, doivent également prendre le dioxyde de carbone de l'air et le diriger vers les zones où la photosynthèse a lieu. Les plantes réalisent ceci au moyen de pores sur leurs feuilles.
