الله سبحانه وتعالى خلق ملايين الكائنات الحية على هذه الأرض وتختلف هذه الكائنات ولا تتشابه مع بعضها. لقد وضع الله سبحانه وتعالى العديد من الاختلافات وتباين أنواعها ويتميز كل نوع بشكل وخصائص تميزه عن النوع الآخر ويعد هذا هو السر في التنوع البيولوجي الكبير الموجود على الأرض وتختلف طريقة التغذية لكل كائن على حدة بعضها يتغذى على المتسللين والحيوانات المفترسة ومن يكون متطفلا عليه ويعني ذلك أن جميع الكائنات يعتمد غذائها على نوع آخر من الكائنات الحية وهناك أيضا من يقوم بعملية صناعة غذائه بنفسه. لقد تم اكتشاف قدرة النبات على صناعة غذاءه حتى ينمو ويتطور عن طريق عملية تعرف باسم عملية البناء الضوئي.
كيفية حدوث البناء الضوئي
تتم العديد من العمليات الحيوية المهمة وتعد عملية البناء الضوئي إحدى هذه العمليات وتحدث في الطحالب و البيكتيريا المزرقة والخضراء والنباتات و من خلال هذه العملية يمكن الحصول على غذائهم حتى تنمو بشكل سليم، وذلك عن طريق تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة كيميائية، وإنتاج سكر الغلوكوز الذي يعد مصدر التغذية الرئيسية والأساسية لهذه الكائنات، ويتوفر غاز الأكسجين عن طريق امتصاصهم لغاز ثاني أكسيد الكربون أثناء العملية ، تحدث عملية البناء الضوئي بشروط وهي :
- يتم توفير الماء بشكل أساسي لضمان تنفيذ العملية الضوئية.
- يعد غاز ثاني أكسيد الكربون أمرًا مهمًا وضروريًا لإتمام عملية البناء الضوئي.
- تحتاج هذه الكائنات إلى أشعة الشمس كمصدر للضوء اللازم لها، ولذلك يجب توافرها كشرط أساسي.
تعد البلاستيدات الخضراء من أهم العوامل الضرورية لإتمام عملية البناء الضوئي، حيث تحتوي على صبغة الكلوروفيل. وتوجد هذه البلاستيدات في الطحالب والنباتات وبعض البكتيريا الخضراء والزرقاء.
كيف تتم عملية البناء الضوئي
بعد توفير المواد اللازمة لعملية البناء الضوئي، يتسرب غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الفتحات الصغيرة في أوراق النباتات ويقوم بامتصاص الماء والمعادن من خلال الجذور ويصل إلى مصنع الغذاء (الورقة) ويستخدم طاقة الشمس لتحويل المدخلات والمواد إلى سكر .
ينقسم الميتوكوندريا بواسطة إلى طاقة تستخدم في عملية النمو والغذاء من خلال معادلة كيميائية معقدة، وتنتج أيضا غاز الأكسجين الذي يتم إطلاقه من خلال الثقوب الصغيرة التي يدخل من خلالها غاز ثاني أكسيد الكربون، وهذا يعني اختلافا في عملية البناء الضوئي عن التنفس. ويمكن تخزين السكر الناتج من عملية البناء الضوئي في الثمار لاستخدامه لاحقا.
تعريف البناء الضوئي
عملية البناء الضوئي هي عملية كيميائية تستخدمها النباتات، حيث تقوم بتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون والماء وبعض المعادن إلى غاز الأكسجين والكربوهيدرات. هذه العملية لا تحدث إلا في وجود أشعة الشمس، وهي مصدر مهم للطاقة الذي يمد النبتة بكل ما تحتاجه للنمو والحياة. يعتبر الغلوكوز، الذي ينتج من عملية البناء الضوئي، غذاء النباتات، ويعتبر كل من الماء والمعادن وغاز ثاني أكسيد الكربون مدخلات مستخدمة لإنتاج الغلوكوز
وظائف أجزاء النبات
يوجد عدة أنواع من النباتات على سطح الأرض، مثل السرخسيات والشجيرات والأشجار والكروم والطحالب والأعشاب والنباتات الزهرية، وتعتبر الأنواع الزهرية الأكثر انتشارًا. ويتألف النبات الزهري من العناصر التالية:
- الجذر وهو الجزء الموجود تحت التربة.
- الجزء الداعم للنبات وهو الساق.
- الورقة: تتألف الورقة من العروق ونصل الورقة والعنق الذي يقوم بربط الورقة بالساق.
- الزهرة: وتتكون من السبلات والمتاع والبتلات والكربلة.
للنبات أجزاء عديدة تؤدي وظائف مختلفة، فالجذر يقوم بتثبيت النبات في التربة وامتصاص الأملاح وتخزين الطعام، والساق توفر الدعم للنبات وتخزين وتصنيع الغذاء وتنقل الأملاح والماء من الجذر إلى الأوراق.
وظيفة الأوراق في النباتات هي امتصاص أشعة الشمس وإطلاق غاز الأكسجين، ثم يتحد غاز ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين الناتج من الماء بمساعدة بعض الأنزيمات لتكوين السكريات التي يتغذى عليها النبات. وتعد الزهرة هي الجزء المسؤول عن عملية التكاثر الجنسي في النباتات.
العوامل المؤثرة في البناء الضوئي
توجد ثلاثة عوامل رئيسية لها تأثير كبير على عملية البناء الضوئي، وهي:
- درجة الحرارة: تسرع زيادة درجة الحرارة عملية البناء الضوئي بشكل محدد، ولكن إذا زادت بشكل كبير فإنها تؤثر سلبا على عملية البناء مثل الاحتباس الحراري، وتؤثر آثار الاحتباس الحراري سلبا على عملية البناء الضوئي بشدة، وذلك لأن الزيادة المستمرة في درجة حرارة الغلاف الجوي تؤثر سلبا على مختلف الأصعدة.
- شدة الضوء: تتناسب عملية البناء الضوئي بشكلٍ متناسب طردي مع كثافة وشدة ضوء الشمس، حيث يزداد هذا البناء مع زيادة الضوء ولكن يصل إلى حدٍّ معين.
- يؤثر تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على عملية البناء الضوئي بشكل طردي، حيث يتم دمج الكربون مع الكربوهيدرات بواسطة الضوء، وبهذه الطريقة تزداد عملية البناء الضوئي بشكل سريع.
مراحل التمثيل الضوئي
- يتم تنفيذ عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء، حيث تمتص الطاقة الواردة من أشعة الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية، ويتم تثبيت غاز ثاني أكسيد الكربون داخل هذه البلاستيدات لإنتاج الغلوكوز من السكر وجزيئات قليلة من الماء وغاز الأكسجين.
- تتجاوز أهمية عملية التمثيل الضوئي للكائنات الحية إلى النظام البيئي بأكمله، حيث يمتص غاز ثاني أكسيد الكربون من الجو وينتج غاز الأكسجين ويطلقه في الغلاف الجوي لتحقيق حالة توازن في عملية التمثيل الضوئي
أهمية عملية البناء الضوئي
تكمن أهمية هذه العملية في توفير النباتات بجميع المواد الغذائية اللازمة للنمو وإنتاج الثمار الصالحة للاستهلاك البشري. إذا لم تكن هذه العملية موجودة، لم يكن بإمكان النباتات توفير غذائها بشكل كافٍ للنمو والنمو الصحيح.
تحافظ هذه العملية أيضا على نسب متوازنة بين غاز ثاني أكسيد الكربون وغاز الأكسجين في الجو وأصبح هناك استهلاك كَمّيَّة كبيرة من الأكسجين نتيجة لوجود كثافة سكانية في العالم كُلََّه ونتيجة لزيادة نشاطات الإنسان ونتيجة لذلك يخرج الكثير من غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو فلولا وجود عملية البناء الضوئي لهلك الإنسان والحيوان.
الفرق بين البناء الضوئي والتنفس الخلوي
التنفس الخلوي هو عملية مهمة تحدث في العديد من الخلايا، وهي عملية بيوكيميائية تحرر الطاقة من الروابط الكيميائية في جزيئات الغذاء، وتحافظ على هذه الطاقة لدعم العمليات الحيوية الأساسية. الفرق بين البناء الضوئي والتنفس الخلوي واضح .
يحدث عملية التنفس الخلوي في الكائنات الحقيقية ذات النواة مثل الميتوكوندريا، والتي تُعد الموقع الرئيسي لأغلب التفاعلات الكيميائية داخل الخلية، ويمكن أن تحدث عملية التنفس الخلوي في وجود الأكسجين، بالمقابل عملية البناء الضوئي تتطلب وجود الضوء ولا تتأثر بعدم وجود الأكسجين.
تبدأ عملية التنفس الخلوي عندما يتم تحلل السكري، وتتألف من سلسلة من عشرة تفاعلات كيميائية تحدث في معظم أنواع الخلايا، وفي هذه العملية يتحول الجلوكوز إلى اثنين من الجزيئات المهمة وهما حمض البيروفيك الذي يحدث في السيتوبلازم داخل الخلية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تحويل النوكليوتيد الأدنين المعروف إلى شكله المخفض، وبعد هذه العملية يتم الحصول على جزئين من الطاقة