يعتبر التمثيل الضوئي من أهم العمليات في عالم الأحياء. جميع النباتات الخضراء، تقريبًا، تؤدي نوعًا مُعَيَّنًا من التمثيل الضوئي - العملية التي يتم من خلالها توليد الطاقة والمواد الاحتياطيّة للنبات والأكسجين الذي نتنفسه. هذه المواد الاحتياطيَّة هي في الأساس الألياف والنشا، أي الكربوهيدرات (السكريات) المعقَّدة التي تحتل مكانة مركزية في النظام الغذائي للحيوانات وللبشر.
عملية التمثيل الضوئي عنصر أساسي في الحياة النباتية، وهي لا تخدم النباتات نفسها فحسب، بل تخدم كل سلسلة الكائنات التي تتغذى منها بشكل مباشر أو غير مباشر. مقطع الفيديو التالي يوضح الأهمية الكبيرة لعملية التمثيل الضوئي ويصف بشكل عام طريقة حدوثها في الخلايا النباتية.
ألقت المحاضرة أماندا أوتين كجزء من مشروع TedEd
نظرًا لكونها عضية منفصلة أصلها من كائن آخر، تتكاثر البلاستيدة الخضراء بشكل مستقل عن طريق تقسيم يتم بشكل منفصل وينجم عن انقسام الخلية الذي توجد فيها. ومع ذلك، توجد في الخلايا النباتية آليات تتحكم في توزيع البلاستيدات الخضراء، لمنع حدوث حالة تعاني فيها الخلية من نقص، أو من زيادة، في هذه العضيات.
اللون الأخضر لمعظم النباتات مصدره البلاستيدات الخضراء، أو على وجه التحديد صبغة تسمى "اليخضور" أو "الكلوروفيل" موجودة في هذه العُضَيَّة . وظيفة الكلوروفيل هي تمكين النباتات من امتصاص ضوء الشمس، ولهذا الغرض يمتص الضوء - وخاصة الضوء الأزرق والضوء الأحمر- ويعيد الضوء الأخضر، فقط، ومن هنا ينبع لونه.
أحد الأسئلة التي ما زالت تنتظرالإجابة، والمثيرة للاهتمام في هذا المجال، هو لماذا لا يمتص الكلوروفيل جميع الألوان الموجودة في ضوء الشمس، وبهذا الشَّكل يوفر للنباتات المزيد من الطاقة. من الواضح أن النباتات السوداء سوف تكون أكثر فاعلية لأنها سوف تستفيد من جميع موجات ضوء الشمس التي تأتي إليها ولن تكتفي بأجزاء معينة من الطيف، فقط. على الرغم من عدم وجود إجابة محددة لهذا السؤال، قد يكمن الحل في عملية التطور التي تطورت فيها البلاستيدات الخضراء.
كما ورد في مقطع الفيديو، تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون (CO2)، الطاقة الشمسية والمياه لإنتاج كربوهيدرات مختلفة. ومن النتائج الأخرى لهذه العملية الأكسجين، وهكذا تُغلَق الدورة التي تبعث فيها الحيوانات ثاني أكسيد الكربون، ثم تستخدمه النباتات وتعيد إنتاج الأكسجين، وهذه الحيوانات تتنفّس الأكسجين وتستخدمه لتوليد الطاقة في أجسامها.
في الواقع، التمثيل الضوئي هو سبب وجود الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض - فهو يمثل حوالي 21 في المائة منه. قبل حوالي 2.6 مليار سنة، كان الجو غنيًا بثاني أكسيد الكربون وخاليًا من الأكسجين تمامًا. في ذلك الوقت، تقريبًا، بدأت تظهر الطحالب أحادية الخلية، التي تسمى البكتيريا الزرقاء، وكانت تقوم بعمليات التمثيل الضوئي وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين. على مدى ملايين السنين، لم تصل جزيئات الأكسجين التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة إلى الغلاف الجوي مباشرةً، ولكنها شكّلت تفاعلات كيميائية مع مواد مثل الحديد وتم حصرها فيها، إلى أن توسع إنتاج الأكسجين في نهاية الأمر،إلى الحد الذي لم يعد في مقدور المواد الكيميائيَّة ربطه كله وبدأ ينطلق ويملأ الغلاف الجوي.
هذا الحدث الذي يعود إلى عصور ما قبل التاريخ، والنَّاجم عن عملية التمثيل الضوئي التي حدثت قبل حوالي 2.5 مليار سنة، أوجد أحد الشروط الأساسية التي أتاحت فيما بعد تطوير أشكال حياة تتطلب الأكسجين لإنتاج الطاقة، وفي نهاية الأمر تطوّرنا، نحن أيضًا، منها.
عيدو كامينسكي
قسم الكيمياء البيولوجيّة
معهد وايزمان للعلوم
الترجمة للعربيّة: رغدة سمارة
التدقيق اللغوي: خالد صفدي
التدقيق العلمي: رقيّة صبّاح
ملاحظة للمتصفحين
إذا كنتم تعتقدون أن الشرح ليس واضحًا بشكلٍ كافٍ، أو إذا كانت لديكم أسئلة تتعلق بالموضوع، أنتم مدعوون للكتابة عن ذلك في المنتدى، وسوف نتطرق لملاحظاتكم. اقتراحات التحسين والنقد البناء تُقبل،دائماً، برحابة صدر.