الطاقة في النظم البيئية البحرية | شرح التمثيل الضوئي والكيميائي والتنفس – الصف 12 ف1
تتناول الوحدة الثانية: الطاقة في النظم البيئية البحرية كيفية انتقال الطاقة داخل البيئات البحرية، سواء في المناطق التي يصلها الضوء أو في الأعماق التي يغيب عنها تمامًا. وتهدف هذه الوحدة إلى توضيح دور الكائنات المنتجة في تثبيت الكربون، وأهمية العمليات الحيوية مثل التمثيل الضوئي والتمثيل الكيميائي والتنفس في استمرار الحياة البحرية.
أولًا: التمثيل الضوئي في البيئة البحرية
يُعد التمثيل الضوئي العملية الأساسية لإنتاج الغذاء في البيئات التي يصلها الضوء، حيث تقوم النباتات والطحالب وبعض البكتيريا بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة في صورة جلوكوز. تتم هذه العملية داخل البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على تراكيب متخصصة مثل الثايالكويدات والجرانا والستروما.
تكمن أهمية التمثيل الضوئي في كونه:
- المصدر الرئيسي للغذاء في السلاسل الغذائية البحرية.
- المسؤول عن إنتاج الأكسجين الضروري لتنفس الكائنات الحية.
- الأساس الذي تُبنى عليه المواطن البيئية مثل الشعاب المرجانية.
ثانيًا: الصبغات الضوئية وأطياف الامتصاص
لا تقتصر عملية التمثيل الضوئي على الكلوروفيل فقط، بل تشارك فيها صبغات مساعدة مثل الكلوروفيل b والكاروتينات والزانثوفيلات. تعمل هذه الصبغات على توسيع نطاق امتصاص الضوء، خاصة في البيئات البحرية التي تختلف فيها الأطوال الموجية المتاحة مع العمق.
تظهر النباتات والطحالب باللون الأخضر لأنها تعكس الضوء الأخضر وتمتص الضوء الأزرق والأحمر بكفاءة أكبر. كما تساعد تقنية الكروماتوجرافيا الورقية على فصل هذه الصبغات ودراسة خصائصها من خلال حساب قيمة Rf لكل صبغة.
ثالثًا: اختراق الضوء في الماء والتكيف البحري
يتأثر اختراق الضوء في الماء بعاملين رئيسيين: طول موجة الضوء ودرجة تعكر الماء. فالضوء الأزرق يخترق أعماقًا أكبر مقارنة بالضوء الأحمر الذي يقتصر على الطبقات السطحية.
ولهذا السبب، تمتلك الطحالب الحمراء والبنية صبغات مساعدة مثل الفيكوإريثرين والفيكوسيانين، تمكّنها من امتصاص الضوء المتاح في الأعماق. وكلما زاد تعكر الماء، قل اختراق الضوء، وبالتالي ينخفض معدل التمثيل الضوئي في المناطق العميقة.
رابعًا: التمثيل الكيميائي في الأعماق البحرية
في أعماق المحيطات، حيث يغيب الضوء تمامًا، تعتمد الكائنات المنتجة على التمثيل الكيميائي بدلًا من التمثيل الضوئي. تستخدم البكتيريا في هذه العملية الطاقة الكيميائية الناتجة من أكسدة مواد مثل كبريتيد الهيدروجين أو الميثان لتثبيت الكربون وإنتاج الجلوكوز.
ومن أشهر الأمثلة على ذلك العلاقة التكافلية بين دودة الريفتيا وبكتيريا الإندوريفتيا التي تعيش داخل عضو خاص يسمى التروفوزوم. وتُعد هذه البكتيريا المنتج الأساسي الذي تعتمد عليه الشبكات الغذائية حول الفوهات الحرارية المائية.
خامسًا: التنفس وإطلاق الطاقة
بعد إنتاج الجلوكوز، تحتاج الكائنات الحية إلى استخلاص الطاقة منه عبر عملية التنفس. وينقسم التنفس إلى:
- تنفس هوائي: يحدث بوجود الأكسجين داخل الميتوكندريا، وينتج كمية كبيرة من الطاقة تصل إلى حوالي 34 جزيئ ATP.
- تنفس لاهوائي: يحدث في غياب الأكسجين داخل السيتوبلازم، وينتج طاقة أقل (2 ATP فقط).
ويُعد جزيء ATP ناقل الطاقة الأساسي في الخلية، حيث تُستخدم الطاقة المنطلقة منه في العمليات الحيوية المختلفة مثل النقل النشط وانقباض العضلات.
خاتمة
توضح وحدة الطاقة في النظم البيئية البحرية أن الحياة لا تعتمد فقط على ضوء الشمس، بل يمكنها الاستمرار حتى في أعماق المحيطات بفضل التمثيل الكيميائي. ومن خلال فهم هذه العمليات والمقارنات بينها، يستطيع الطالب الربط بين المفاهيم العلمية والاستعداد الجيد لأسئلة الاختبارات.
