يعد التركيب الضوئي هو العملية الأساسية التي يبدأ بها الهرم الغذائي، فهي المصدر الأساسي للغذاء، لنتعرف على هذه العملية ودورها في الهرم الغذائي.

يبدأ الهرم الغذائي دوماً بالنباتات الخضراء، والتي تقوم بعملية صنع الغذاء، بشكل أساسي السكريات، ومن ثم يبدأ تنوع الكائنات الحية التي تتغذى على النباتات الخضراء المصنعة للغذاء، والكائنات الحية الأخرى التي تتغذى على تلك السابقة، وبهذا نرى أن السلسلة الغذائية لأي كائن حيّ دوماً ستبدأ بالنباتات، وذلك بسبب عملي التركيب الضوئي التي يقوم بها النبات.

التركيب الضوئي

التركيب الضوئي أو البناء الضوئي “Photosynthesis” هو عملية كيميائية تقوم بها البكتيريا الزرقاء و “الصناعات الخضراء – Chloroplast” في الطحالب والنباتات الخضراء، يتم خلالها تفاعل كيميائي لتحويل ثاني أكسيد الكربون – CO₂” و”الماء – H₂O” إلى سكريات وأكسجين “O₂” من خلال الطاقة الضوئية وفق المعادلة الكيميائية التالية:

والتفاعل السابق الذي يحصل على طاقته من الشمس يكون بين 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون، و6 جزئيات من الماء لعطي 6 جزيئات من الأوكسيجين، وجزيء واحد فقط من الغلوكوز (سكر العنب) والذي يعد المصدر الرئيسي للطاقة لدى الكائنات الحية.

دورتا التركيب الضوئي

تتم عملية التركيب الضوئي وفق دورتين نختصرهما بمعادلة التفاعل السابق، وهما:

• تفاعلات الضوء

وهي تفاعلات تحدث بوجود الضوء، حيث يسقط الضوء “سيل من الفوتونات” على النبات الأخضر، فتصطدم الفوتونات بجزيئات اليخضور “الكلورفيل” الموجودة في الصانعات الخضراء، وبالتحديد بأحد الالكترونات الموجودة في الذرة، فتنتزعها من مدارها إلى مدار أعلى.

الالكترون المنتزع يكون في حالة غير مستقرة، فيقوم بإصدار الطاقة التي اكتسبها ليعود إلى مداره الأصلي خلال زمن متناهي في الصغر، وهذه الطاقة التي أصدرها تعمل على تسيير تفاعل كيميائي لتشكيل مركب “الأدينوزين ثلاثي الفوسفات – ATP” وهو المركب الذي يختزن الطاقة، وفق التفاعل التالي:

حيث أن:
ADP: الأدينوزين ثنائي الفوسفات وهو جزيء ناتج عن تحطم إحدى الروابط بين مجموعات الفوسفات في جزئ ATP.
P: درة فوسفات
ATP: الأدينوزين ثلاثي الفوسفات، وهو المركب الحامل للطاقة

تنتقل بعض من طاقة الإلكترونات عبر جزيئات “+NADP” منخفضة الطاقة ليعطي “NADPH” مرتفع الطاقة وبذلك يتكون مركبان مرتفعا الطاقة هما “ATP)” و”NADPH”.

أما الأكسجين الناتج من التركيب الضوئي، فمصدره الماء الذي تمتصه النباتات من التربة، فأيضاً تستخدم الطاقة التي أصدرتها الالكترونات في تجزئة الماء إلى شاردتي الهيدروجين والأكسجين الذي نتنفسه، فيما الهيدروجين يدخل لاحقاً في تفاعلات كيميائية بوقت لاحق.

• دورة كالفن

وهي سلسلة من التفاعلات التي تحدث في غياب الضوء وهي من الدورات الحيوية المهمة في تثبيت الطاقة أو تقليل ضياع الطاقة)، وخلالها وباستخدام الطاقة من “ATP” و “NADPH” عند انفصالها لمركباتها الأساسية “ADP” و “+NADP” يدخل خلالها ثاني أكسيد الكربون ويخضع لسلسلة من التفاعلات مستعملاً الطاقة من المركبات الحاملة للطاقة، ومستعيناً أيضاً بالهيدروجين من الدورة السابقة، ليشكل بذلك “الغلوكوز – Glucose” والذي يعتبر من المصادر الأساسية للطاقة للكائنات الحية.

ماذا يحصل بعد ذلك؟

بعد تشكيل الغلوكوز في النبات الأخضر، يحول هذا النبات المواد الكربوهيدراتيه “السكرية” إلى سكريات أعقد، ومركبات دهنية وبروتينية، فتقوم الحيوانات العاشبة بالتغذية على هذه المواد، وتقوم الحيوانات اللاحمة أيضاً بالتغذي على تلك العاشبة.

في كل مرحلة من السلسلة الغذائية قد يحدث تغير طفيف في أنواع المواد الغذائية، فالبروتينات الحيوانية تختلف عن البروتينات النباتية، ولكن عند تتبع المصدر الرئيسي، فهو النبات الأخضر والبكتيريا الزرقاء.

العوامل المؤثرة في التركيب الضوئي

كما كل العمليات الكيميائية فهي تتأثر بالعديد من العوامل، منها الخارجي ومنها الداخلي، وأهم هذه العوامل:

• تركيب الورقة: يشمل ثخانة القُشيرة والبشرة ووجود الأوبار على سطحها، إضافةً لتركيب النسيج المتوسط وموضع الجسيمات في الخلايا وحجم المسام وتوزعها.
• نواتج التركيب الضوئي: عندما يزداد تركيز نواتج التمثيل الضوئي في النبات يقل معدل التفاعلات التي تحدث، وبخاصة إذا كان انتقال تلك النواتج ضمن النبات بطيئاً.

• حالة المادة الحية: في الخليّة البروتوبلازما “الهيولى” والانزيمات وبخاصة جفاف البروتوبلاسما واضطراب عمل الانزيمات في النبات.
• مجموعة من العوامل الخارجية: مثل الحرارة، كمية الضوء الذي يسقط على الأوراق الخضراء وشدته، تركيز ثنائي أكسيد الكربون، الماء، العناصر الممتصة من التربة.

أهمية التركيب الضوئي

كما ذكرنا سابقاً، فالتركيب الضوئي هو المصدر الرئيسي للطاقة التي تحتاجها الكائنات الحية، وإضافةً لذلك، نواتج العملية تدخل في عملية تكوين مواد عضوية أخرى مثل الأحماض النووية “DAN” مثلاً والبروتينات والهرمونات.

كما أن عملية التركيب الضوئي هي المصدر الرئيسي للحفاظ على معدل الأوكسيجين الذي نتنفسه، إضافةً للحفاظ على معدل ثاني أكسيد الكربون ثابت في الغلاف الجوي، والذي زيادته تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.

ختاماً.. بدو جليّاً مدة تأثير عملية التركيب الضوئي على الكائنات الحية، فبدونها لا مصدر للغذاء سوءً لنا أم للحيوانات، كما أن معدل الأوكسجين سينقص باستمرار، لذلك من الضروري الحفاظ على المساحات الخضراء لاستمرار الحياة على سطح كوكبنا الأزرق.