كيف تتنفس النباتات المائية

النباتات هي الكائنات المنتجة في الهرم الغذائي ، بدلا من استهلاك الطعام للحصول على الطاقة ، تقوم بإنتاج طعامها بنفسها ، من خلال عملية التمثيل الضوئي ، تستخدم النباتات الطاقة من ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة في الكربوهيدرات.

يتضمن التمثيل الضوئي نفس الجزيئات والتفاعلات الكيميائية في النباتات البرية والمائية، وعلى الرغم من أن النباتات العائمة تشبه إلى حد كبير النباتات التي تنمو على الأرض، إلا أن أن العملية تشكل تحديًا أكبر للنباتات المائية التي تمتلك جذورها تحت الماء تمامًا.

أساسيات البناء الضوئي

الأوراق هي الموقع الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي، حيث تحتوي الأوراق على البلاستيدات الخضراء، والتي تعتبر عضيات في الخلايا النباتية يتم من خلالها التمثيل الضوئي، وتحتوي البلاستيدات الخضراء على جزيئات من الكلوروفيل التي تمتص الضوء، وخاصة في الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء.

يستخدم النبات السكر المصنوع في عملية التمثيل الضوئي لتوفير السكريات البسيطة التي تدعم نمو النبات وتطوره وتكاثره وإصلاحه، وتنتج هذه السكريات من النشويات المعقدة مثل السليلوز التي توفر بنية للنباتات، إضافة إلى توفير مصدر غذاء للحيوانات والمستهلكين الآخرين، ويساعد التمثيل الضوئي على إزالة ثاني أكسيد الكربون من البيئة وتجديد الأكسجين.

مراحل التمثيل الضوئي

تتألف مرحلتا التمثيل الضوئي من تفاعلات مستقلة تعتمد على الضوء، وتشمل هذه التفاعلات امتصاص ضوء الشمس وتحطيم جزيئات الماء إلى غاز الأكسجين وأيونات الهيدروجين والإلكترونات. والهدف من هذه المرحلة هو الاستفادة من الطاقة الضوئية ونقلها إلى الإلكترونات لإنتاج جزيئات نشطة مثل ATP، ويعد الأكسجين ناتجا عن هذه المرحلة من التمثيل الضوئي.

– تستخدم المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي، المعروفة أيضا بدورة كالفين، الجزيئات النشطة التي تم إنشاؤها في المرحلة الأولى لتفكيك جزيئات ثاني أكسيد الكربون المستخلصة من بيئة النبات، وانهيار ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الخلية يؤدي إلى تكوين جزيئات السكر، وتحديدا ست جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء تنتج جزيء واحد من الجلوكوز، مع ستة جزيئات من الأكسجين كنتيجة ثانوية.

التمثيل الغذائي في النباتات العائمة

تستخدم النباتات المائية ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو الماء حسب ما إذا كانت أوراقها تطفو على السطح أو تحت الماء، فالنباتات العائمة مثل اللوتس وزنبق الماء تحصل على أشعة الشمس المباشرة، ولا تحتاج هذه الأنواع من النباتات المائية إلى تكيفات خاصة لأداء عملية التمثيل الضوئي، ويمكنها استخدام ثاني أكسيد الكربون من الهواء وإطلاق الأكسجين في الهواء، وتحتوي أسطح الأوراق العارية على بشرة شمعية لتقليل فقد الماء إلى الغلاف الجوي، مثل النباتات الأرضية.

حصول النباتات المائية على ثاني أكسيد الكربون

تستخدم النباتات المغمورة، مثل أعشاب البورنو وأعشاب البحر، استراتيجيات محددة لمواجهة تحديات إجراء التمثيل الضوئي تحت الماء، حيث تنتشر الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون ببطء أكثر في الماء منها في الهواء، وتواجه النباتات التي تغمرها المياه بالكامل صعوبة أكبر في الحصول على ثاني أكسيد الكربون الذي تحتاجه. ولتحسين هذه المشكلة، تفتقر الأوراق المغمورة بالمياه إلى طبقة شمعية لأن ثاني أكسيد الكربون يمتص بسهولة بدون هذه الطبقة، ويمكن للأوراق الصغيرة أن تمتص ثاني أكسيد الكربون من الماء بسهولة أكبر، وتستطيع بعض الأنواع استيعاب ثاني أكسيد الكربون من الهواء عن طريق توسيع عدد قليل من الأوراق إلى السطح.

امتصاص النباتات المائية لأشعة الشمس

من الصعب أيضا الحصول على كمية كافية من ضوء الشمس للنباتات المغمورة، حيث إن النباتات تمتص كمية أقل من الطاقة الضوئية تحت الماء مقارنة بالطاقة المتاحة على اليابسة. تقل الجسيمات في الماء مثل الطمي والمعادن والنفايات الحيوانية والعضوية من كمية الضوء التي تصل إلى الماء. وغالبا ما تحتوي هذه النباتات على بلاستيدات خضراء على سطح أوراقها لزيادة التعرض للضوء، وكلما زاد العمق تحت السطح، قلت كمية الضوء الشمس المتاحة للنباتات المائية. وبالرغم من ذلك، تتمتع بعض النباتات بتكيفات تشريحية أو خلوية أو كيميائية حيوية تمكنها من إجراء عملية التمثيل الضوئي بنجاح في المياه العميقة أو المظلمة رغم ندرة ضوء الشمس المتاح.