فتح الصندوق الأسود لمعادلة التمثيل الضوئي.. مفاجأة في أهم "عملية بيئية"

معادلة التمثيل الضوئي لها أهمية كبيرة للحياة على الأرض، يتم تنفيذ العملية بواسطة النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا التي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين والطاقة الكيميائية المخزنة في الجلوكوز.

ثم تحصل الحيوانات العاشبة على هذه الطاقة عن طريق تناول النباتات، وتحصل عليها الحيوانات آكلة اللحوم عن طريق أكل الحيوانات العاشبة.

• أكسجين من الصخور.. سر الحياة قبل ظهور "التمثيل الضوئي"

وفي أثناء عملية التمثيل الضوئي تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء من الهواء والتربة، ويتأكسد الماء داخل الخلية النباتية، ما يعني أنه يفقد الإلكترونات، بينما ينخفض ​​ثاني أكسيد الكربون، ما يعني أنه يكتسب إلكترونات، وهذا يحول الماء إلى أكسجين وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز، ثم يطلق النبات الأكسجين مرة أخرى في الهواء، ويخزن الطاقة داخل جزيئات الجلوكوز.

ومؤخرا، أعلن علماء عن مفاجأة، حيث أكدوا أن عملية التمثيل الضوئي قد لا تعمل تماما كما يعتقدون.

الدراسة الجديدة نشرت في 22 مارس/آذار 2023، حيث استخدم باحثون تقنية جديدة، تُعرف باسم التحليل الطيفي للامتصاص العابر فائق السرعة، لدراسة كيفية عمل التمثيل الضوئي في نطاق زمني واحد كوادريليون من الثانية (0.000000000000001 ثانية) لأول مرة.

كان الفريق يحاول في البداية اكتشاف كيفية تأثير الكينونات -وهي جزيئات على شكل حلقة يمكنها سرقة الإلكترونات أثناء العمليات الكيميائية- على عملية التمثيل الضوئي، لكن بدلاً من ذلك وجد الباحثون أنه يمكن إطلاق الإلكترونات من الأنظمة الضوئية في وقت مبكر جدا أثناء عملية التمثيل الضوئي مما كان يعتقد العلماء سابقا.

جيني تشانغ، عالم الكيمياء الحيوية المتخصص في التمثيل الضوئي بجامعة كامبريدغ في إنجلترا، والمشارك في الدراسة، قال: "كنا نظن أننا نستخدم تقنية جديدة لتأكيد ما نعرفه بالفعل.. بدلاً من ذلك وجدنا مسارا جديدا تماما، وفتحنا الصندوق الأسود لعملية التمثيل الضوئي قليلاً".

وتبين أن عملية التمثيل الضوئي تتم عبر نظامين ضوئيين (PSI) ونظام (PSII)، يوفر PSII الإلكترونات إلى PSI بشكل أساسي عن طريق أخذها من جزيئات الماء، ثم يقوم PSI بإثارة الإلكترونات قبل إطلاقها ليتم إعطاؤها في النهاية لثاني أكسيد الكربون لتكوين السكريات، عبر سلسلة من الخطوات المعقدة.

أشارت الأبحاث السابقة إلى أن سقالات البروتين في PSI وPSII كانت سميكة للغاية، ما ساعد على احتواء الإلكترونات بداخلها قبل أن يتم نقلها إلى المكان المطلوب.

لكن تقنية التحليل الطيفي فائق السرعة كشفت أن سقالات البروتين كانت "أكثر تسريبا" مما كان متوقعا وأن بعض الإلكترونات يمكن أن تهرب من الأنظمة الضوئية فورا تقريبا بعد امتصاص الضوء بواسطة الكلوروفيل داخل الأنظمة الضوئية، وبالتالي يمكن أن تصل هذه الإلكترونات إلى وجهتها بشكل أسرع مما كان متوقعا.