يعد التمثيل الضوئي عملية مهمة تسمح للنباتات ، بما في ذلك الأشجار ، باستخدام أوراقها لاحتجاز طاقة الشمس في شكل سكر. ثم تقوم الأوراق بتخزين السكر الناتج في الخلايا على شكل جلوكوز فوريًا ولاحقًا نمو الشجرة. التمثيل الضوئي يمثل عملية كيميائية رائعة الجمال فيها ستة جزيئات من الماء تتحد الجذور مع ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخلق جزيء واحد عضوي السكر. لا يقل أهمية عن المنتج الثانوي لهذه العملية - التمثيل الضوئي هو ما ينتج الأكسجين. لن تكون هناك حياة على الأرض كما نعرفها بدون عملية التمثيل الضوئي.
عملية التمثيل الضوئي في الأشجار
المصطلح البناء الضوئي يعني "الجمع مع الضوء". إنها عملية تصنيع تحدث داخل خلايا النباتات وداخل أجسام صغيرة تسمى البلاستيدات الخضراء. هؤلاء البلاستيدات تقع في السيتوبلازم من الأوراق وأنها تحتوي على مسألة التلوين الأخضر يسمى الكلوروفيل.
عندما يحدث التمثيل الضوئي ، يتم نقل الماء الذي امتصته جذور الشجرة إلى أوراق الشجر حيث تتلامس مع طبقات الكلوروفيل. في الوقت نفسه ، يتم أخذ الهواء الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون إلى الأوراق عبر مسام الأوراق ويتعرض لأشعة الشمس ، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي مهم للغاية. ينقسم الماء إلى الأكسجين والعناصر النيتروجينية ، ويتحد مع ثاني أكسيد الكربون في الكلوروفيل لتشكيل السكر.
يصبح هذا الأكسجين الناتج عن الأشجار والنباتات الأخرى جزءًا من الهواء الذي نتنفسه ، بينما يتم نقل الجلوكوز إلى الأجزاء الأخرى من النبات كغذاء. هذه العملية الأساسية هي ما سيشكل 95 في المائة من الكتلة في الشجرة ، والتمثيل الضوئي للأشجار والنباتات الأخرى هو ما يساهم في تقريبًا كل الأكسجين في الهواء الذي نتنفسه.
فيما يلي المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي:
6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون + 6 جزيئات من الماء + الضوء → الجلوكوز + الأكسجين
أهمية البناء الضوئي
تحدث العديد من العمليات في ورقة الشجرة ، ولكن لا شيء أكثر أهمية من التمثيل الضوئي والأغذية الناتجة التي تصنعها والأكسجين الذي تنتجه كمنتج ثانوي. من خلال سحر النباتات الخضراء ، يتم التقاط الطاقة المشعة من الشمس في بنية الورقة وإتاحتها لجميع الكائنات الحية. باستثناء أنواع قليلة من البكتيريا ، يعد التمثيل الضوئي هو العملية الوحيدة على الأرض التي يتم من خلالها تكوين المركبات العضوية من المواد غير العضوية ، مما ينتج عنه طاقة مخزنة.
يتم إنتاج ما يقرب من 80 في المائة من إجمالي التمثيل الضوئي للأرض في المحيط. تشير التقديرات إلى أن 50 إلى 80 في المائة من الأكسجين في العالم ينتج عن حياة نباتات المحيط ، ولكن الجزء الحاسم المتبقي هو ولدت من الحياة النباتية الأرضية ، وخاصة غابات الأرض لذلك الضغط باستمرار على عالم النباتات الأرضية لمواكبة وتيرة. فقدان الغابات في العالم له عواقب بعيدة المدى من حيث المساس بنسبة الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. ولأن عملية التمثيل الضوئي تستهلك ثاني أكسيد الكربون ، والأشجار ، والحياة النباتية الأخرى ، فهي وسيلة "تقوم بها الأرض" بفرك ثاني أكسيد الكربون واستبداله بالأكسجين النقي. من المهم للغاية بالنسبة للمدن الحفاظ على غابة حضرية صحية من أجل الحفاظ على جودة الهواء الجيدة.
البناء الضوئي وتاريخ الأكسجين
لم يكن الأكسجين موجودًا دائمًا على الأرض. ويقدر عمر الأرض نفسها بحوالي 4.6 مليار سنة ، ولكن علماء يدرسون الأدلة الجيولوجية نعتقد أن الأكسجين ظهر لأول مرة منذ حوالي 2.7 مليار سنة ، عندما كان مجهريًا البكتيريا الزرقاء، والمعروف باسم الطحالب الخضراء المزرقة ، طور القدرة على التمثيل الضوئي لأشعة الشمس إلى السكريات والأكسجين. لقد استغرق الأمر ما يقرب من مليار سنة إضافية لتجمع كمية كافية من الأكسجين في الغلاف الجوي لدعم الأشكال المبكرة من الحياة الأرضية.
من غير الواضح ما حدث قبل 2.7 مليار سنة لتسبب البكتيريا في تطوير العملية التي تجعل الحياة على الأرض ممكنة. لا يزال أحد أكثر الألغاز العلمية إثارة للفضول.