علماء يكشفون أسرار التمثيل الضوئي للنباتات بمساعدة "الهليوبكتيريا"

تمكن فريق بحثي أمريكي من تتبع مسارات الضوء في عملية التمثيل الضوئي من خلال دراسة أجريت على "الهليوبكتيريا".و"الهليوبكتيريا" نوع من البكتيريا التي تستخدم التمثيل الضوئي لتوليد الطاقة، وتحتوي على مراكز تفاعل يُعتقد أنها مماثلة لتلك الموجودة في الأسلاف المشتركة لجميع الكائنات الحية الضوئية، بما فيها النبات.

وخلال الدراسة التي نشرتها دورية "نيتشر كوميينيكيشن"، السبت، حدد فريق جامعة ميتشجان الأمريكية، الخطوات الأولى في تحويل الضوء إلى طاقة لهذه البكتيريا.وقالت جينيفر أوجيلفي، المؤلفة الرئيسية والفيزيائية من جامعة ميتشجان: "نريد أن نفهم في النهاية كيف تتحرك الطاقة عبر النظام، وينتهي الأمر بخلق ما نسميه (حالة فصل الشحنة)، وهذه الحالة هي البطارية التي تقود محرك التمثيل الضوئي".

والمعروف أن الكائنات التركيبية الضوئية مثل النباتات والهليوبكتيريا تحتوي على "هوائي" من البروتينات معبأ بجزيئات صبغية لحصد الفوتونات (الضوء) ثم يتم توجيه الطاقة المجمعة إلى "مراكز التفاعل" التي تعمل على تشغيل الخطوات الأولية التي تحول الطاقة الضوئية إلى غذاء للكائن الحي.وتحدث هذه الخطوات الأولية على نطاقات زمنية سريعة بشكل لا يصدق "فيمتوثانية، أو واحد على مليون من المليار من الثانية"، وأثناء غمضة عين، يحدث هذا التحويل عدة مليارات من المرات.ويسعى الباحثون لفهم كيفية حدوث هذا التحول، لأنه يعطي فهماً أفضل لكيفية تحويل النباتات والكائنات الضوئية للضوء إلى طاقة مغذية، كما أنه يمنح الباحثين فهمًا أفضل لكيفية عمل الخلايا الكهروضوئية، والأساس لفهم كيفية بنائها بشكل أفضل.

ووجدوا أنه عندما يصطدم الضوء بكائن التمثيل الضوئي، تجمع الأصباغ الموجودة داخل الهوائي الفوتونات وتوجه الطاقة نحو مركز التفاعل، وفي مركز التفاعل، تصطدم الطاقة بالإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى، حيث ينتقل منه إلى موقع جديد ، تاركًا وراءه شحنة موجبة.ويسمى ذلك فصل الشحنة، وتحدث هذه العملية بشكل مختلف بناءً على بنية مركز التفاعل الذي تحدث فيه.وفي مراكز تفاعل النباتات ومعظم كائنات التمثيل الضوئي، تمتص الأصباغ التي تنظم فصل الشحنة ألواناً متشابهة من الضوء، مما يجعل من الصعب تصور فصل الشحنات.

وباستخدام البكتيريا الشمسية، حدد الباحثون الأصباغ التي تلعب دوراً مهماً في هذه العملية بعد تحفيزها بالضوء، وأي الأصباغ تقبل الإلكترون.وقالت أوجيلفي إن الهليوبكتيريا نموذج جيد للفحص، لأن مراكز تفاعلها تحتوي على مزيج من الكلوروفيل والكلوروفيل الجرثومي، مما يعني أن هذه الأصباغ المختلفة تمتص ألواناً مختلفة من الأضواء.

وأضافت: "على سبيل المثال، تخيل أنك تحاول متابعة شخص وسط حشد من الناس، لكن الجميع يرتدون سترات زرقاء، وأنت تشاهد من مسافة بعيدة ويمكنك فقط التقاط لقطات من الشخص الذي يتحرك بين الحشود، ولكن إذا كان الشخص الذي كنت تشاهده يرتدي سترة حمراء، فيمكنك متابعته بسهولة أكبر".وتابعت: "ما يحدث في بكتريا الهليوبكتيريا يشبه هذا الأمر نوعًا ما، حيث يوجد له علامات مميزة".

قد يهمك ايضا:

 روبوت السمكة الشفاف يسبح منذ أشهر في أعمق نقطة على الأرض

 البصمة الكيميائية تكشف محل ميلاد كوكب خارج المجموعة الشمسية