التاريخ
في عام 1771 وجد الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي أن الهواء في وعاء مغلق انطفأت فيه شمعة يعود صالحًا لحياة فأر إذا وُضع فيه غصن نعناع. وفي عام 1779 بيّن الطبيب الهولندي الأصل يان إنغنهاوس أن هذه «التنقية» لا يحدث إلا في الأجزاء الخضراء من النبات وتحت ضوء الشمس، وأظهر جان سنبييه أن النباتات تمتصّ ثاني أكسيد الكربون. وفي الثلاثينيات رأى كورنيليس فان نيل أن الأكسجين يأتي من الماء لا من ثاني أكسيد الكربون، وهو ما أكدته تجارب النظائر عام 1941.
الآلية
يجري التمثيل الضوئي على مرحلتين. ففي التفاعلات الضوئية على أغشية الثايلاكويد يمتصّ الكلوروفيل الضوء ويشطر الماء ويطلق الأكسجين، وينتج حاملي الطاقة ATP وNADPH. وفي دورة كالفن داخل الحشوة يستخدم إنزيم روبيسكو هذه الطاقة لتثبيت ثاني أكسيد الكربون في صورة سكر. وفي الخمسينيات تتبّع ملفن كالفن الكربون المشعّ 14 داخل الطحالب فرسم هذه الدورة، ونال جائزة نوبل في الكيمياء عام 1961. أما نباتات C4 كالذرة ونباتات CAM كالصبّار فتستخدم صيغًا متكيّفة مع الحرّ والجفاف.
أثره في الأرض والمناخ
قبل نحو 2.4 مليار سنة أطلق التمثيل الضوئي لدى البكتيريا الزرقاء «حدث الأكسدة العظيم»، أول ارتفاع كبير في أكسجين الغلاف الجوي، فمهّد لظهور الحياة المعقّدة. واليوم تمتصّ نباتات اليابسة والعوالق النباتية في المحيطات كميات هائلة من الكربون سنويًا، فتعمل مصارف تبطئ الاحتباس الحراري. لذا تُعدّ حماية الغابات واستعادتها ركيزة في خطط الحياد الكربوني، كما تؤثر تقلبات مثل النينيو في نشاط العوالق. ويسعى العلماء أيضًا إلى «التمثيل الضوئي الاصطناعي» لتحويل ضوء الشمس إلى وقود.
الأسئلة الشائعة
- هل تطلق النباتات الأكسجين ليلًا؟
- لا، ففي غياب الضوء يتوقف التمثيل الضوئي وتتنفّس النباتات فقط مستهلكة قليلًا من الأكسجين، والكمية ضئيلة فلا ضرر من نباتات غرفة النوم.
- لماذا الأوراق خضراء؟
- لأن الكلوروفيل يمتصّ الضوء الأحمر والأزرق أساسًا ويعكس الأخضر.
تاريخ مراجعة المصادر: 2026-10-26
المراجع
- Ingenhousz, J. (1779). Experiments upon Vegetables, Discovering Their Great Power of Purifying the Common Air in the Sun-shine. London: P. Elmsly.
- Calvin, M. (1961). The path of carbon in photosynthesis. Nobel Lecture, December 11, 1961.
- Lyons, T. W., Reinhard, C. T., & Planavsky, N. J. (2014). The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere. Nature, 506, 307–315.