فيديو لماذا تعتبر عملية البناء الضوئي مهمة؟
عملية البناء الضوئي تُحوّل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية. إنها عملية إنتاج الطاقة وتغذيتها التي تُمكّن النباتات، وحتى الطحالب، من البقاء والنمو. ولكن، قبل أن نتطرق إلى أهمية البناء الضوئي ، حان الوقت لشرح تفاصيل هذه العملية البيولوجية الأساسية.
عملية البناء الضوئي
ما هي عملية البناء الضوئي؟
البناء الضوئي عملية حيوية تقوم من خلالها النباتات الخضراء والطحالب وبعض أنواع البكتيريا بتحويل الطاقة الضوئية، عادةً من الشمس، إلى طاقة كيميائية على شكل جلوكوز أو سكر. تحدث هذه العملية في هياكل متخصصة تُسمى البلاستيدات الخضراء، وتقع داخل خلايا هذه الكائنات الحية
لماذا تعتبر عملية البناء الضوئي مهمة؟
يلعب ثاني أكسيد الكربون (CO2) دورًا محوريًا في عملية التمثيل الضوئي، إذ يُعدّ أحد المواد الخام الأساسية. لإنتاج الطاقة، تستهلك النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء بفعالية، وتُطلق الأكسجين. وكما هو متوقع، لهذه العملية آثار بعيدة المدى على مناخ كوكبنا وغلافه الجوي وأنظمته البيئية.
- دور ثاني أكسيد الكربون في عملية البناء الضوئي:
- خلال عملية البناء الضوئي، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
- ويُستخدم هذا الغاز، إلى جانب طاقة ضوء الشمس التي يلتقطها الكلوروفيل، لتحويل الماء (الذي تمتصه جذور النبات) إلى جلوكوز. ثم يستخدمه النبات كمصدر للطاقة أو يُخزّنه لاستخدامه لاحقًا.
- دورة الكربون والتوازن:
- تُشكّل عمليتا البناء الضوئي والتنفس دورةً متوازنةً على الأرض فبينما تستهلك عملية البناء الضوئي ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز وإطلاق الأكسجين، فإن تنفس الحيوانات والنباتات يفعل عكس ذلك.
- إذ تستخدم الأكسجين لتحليل الجلوكوز للحصول على الطاقة، مُطلقةً ثاني أكسيد الكربون في هذه العملية. ومن الناحية المثالية، تُحافظ هذه الدورة على توازن كمية ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الغلاف الجوي.
- التمثيل الضوئي كمصرف للكربون:
- تعمل الغابات والطحالب والكائنات الحية الضوئية الأخرى كمصرف للكربون، حيث تزيل كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
- وهذا يُسهم في التخفيف من تأثير الاحتباس الحراري إلى حد ما، إذ إن ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي قد يؤدي إلى الاحتباس الحراري.
- ومن خلال امتصاصها لثاني أكسيد الكربون، تلعب الكائنات الحية الضوئية دورًا حاسمًا في تنظيم مستويات الكربون العالمية، وبالتالي المناخ.
- النشاط البشري والتمثيل الضوئي:
- أثّرت إزالة الغابات وغيرها من الأنشطة البشرية سلبًا على توازن الكربون.
- فإزالة أعداد كبيرة من الأشجار تعني امتصاص الغلاف الجوي لكميات أقل من جزيئات الكربوهيدرات، مما يؤدي إلى ارتفاع مستويات غازات الاحتباس الحراري.
- وقد أدى هذا، إلى جانب حرق الوقود الأحفوري، الذي يُطلق مخزونات الكربون القديمة في الغلاف الجوي، إلى ارتفاع حاد في مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجويمما يُسرّع من ظاهرة الاحتباس الحراري.
- تحسين كفاءة التمثيل الضوئي:
- يستكشف الباحثون سبل تعزيز كفاءة عملية التمثيل الضوئي، وخاصةً في المحاصيل الأساسية
- ومن خلال ذلك، يُمكن للمحاصيل إزالة المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، مع زيادة إنتاجيتها.
- بعض الاستراتيجيات تغيير طريقة امتصاص النباتات للضوء، أو تعديل عملية التمثيل الضوئي لجعلها أكثر استجابةً لمستويات ثاني أكسيد الكربون الحالية.
ماذا لو توقفت عملية البناء الضوئي عن العمل؟
- إذا توقفت عملية البناء الضوئي فجأةً، فستموت معظم النباتات في وقت قصير
- ورغم قدرتها على الصمود لبضعة أيام - أو في بعض الحالات، لبضعة أسابيع - فإن مدة حياتها ستعتمد إلى حد كبير على كمية الطاقة المخزنة في خلاياها.
- على سبيل المثال، قد تعيش الأشجار الكبيرة لسنوات عديدة - وربما عقودًا - بفضل مخزونها من الطاقة وبطء استهلاكها.
- مع ذلك، ستواجه غالبية النباتات نهايةً مأساوية، وكذلك الحيوانات التي تعتمد عليها لإنتاج الأكسجين.
- مع نفوق جميع العواشب، سرعان ما ستتبعها آكلات اللحوم والنباتات. ورغم أن هذه الحيوانات آكلة اللحوم كانت قادرة على التغذي على جميع الجثث المتناثرة، إلا أن هذا الإمداد لن يكفي لأكثر من بضعة أيام. ثم ستموت الحيوانات التي اعتمدت عليها مؤقتًا في غذائها.
- ذلك لأن توقف عملية البناء الضوئي يتطلب غرق الأرض في الظلام ولتحقيق ذلك، يجب أن تختفي الشمس، مما يؤدي إلى انخفاض درجات حرارة سطح الأرض إلى شتاء قارس البرودة لا ينتهي.
- وفي غضون عام، ستصل درجة الحرارة إلى 100 درجة فهرنهايت تحت الصفر (73 درجة مئوية تحت الصفر)، مما ينتج عنه كوكب من التندرا المتجمدة تمامًا [المصدر: أوتربين ].
- ومن المفارقات أن سطوع الشمس الشديد قد يُعيق عملية البناء الضوئي فالكثير من الطاقة الضوئية يُلحق الضرر بالبنية البيولوجية للنباتات ويمنعها من الحدوث.
- ولهذا السبب، تتوقف عملية البناء الضوئي عمومًا خلال ساعات النهار الأكثر حرارة.
- سواءً كان السبب كثرة ضوء الشمس أم نقصه، فإن توقف عملية التمثيل الضوئي يعني توقف النباتات عن تحويل ثاني أكسيد الكربون - وهو ملوث جوي - إلى مواد عضوية.
- نعتمد حاليًا على النباتات والطحالب وحتى البكتيريا القادرة على التمثيل الضوئي لإعادة تدوير الهواء. وبدونها، سينخفض إنتاج الأكسجين.
- حتى لو ماتت جميع نباتات الأرض، سيظل البشر قادرين على الابتكار، خاصةً إذا كانت حياتهم تعتمد على ذلك.
- قد تُصبح عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي التي يطورها العلماء أكبر حلٍّ للمشاكل في العالم. باستخدام "ورقة نبات" اصطناعية، نجح العلماء في تسخير ضوء الشمس وإعادة إنتاج عملية التمثيل الضوئي.
