الطاقة الشمسية والتمثيل الضوئي Solar Energy & Photosynthesis

1. الطاقة الشمسية والتمثيل الضوئي Solar Energy & Photosynthesis • الطاقة الشمسية مصدر للطاقة البيولوجية في النظام البيئي، وتنطلق الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية تختلف في أطوالها ، صادرة من طاقة ذرية كامنة في ذرة الهيدروجين وتنطلق عندما تتحول إلى ذرة هيليوم (He) وبوسترون (Positrons, ◦e) بواسطة الانشطار الذري الحراري 4H 4 He + e◦ + hr hr تمثل أشعة جاما وتنطلق على هيئة فوتونات (سرعة الضوء 300.000 كم/ث)

2. الطاقة الشمسية Solar Energy • ويمكن التمييز بين ثلاث مجموعات رئيسية وفقاً لأطول موجاتها وهيي: • الأشعة فوق البنفسجية uv • يتراوح أطوالها من 200 – 400 نانومتر وهي ذات طاقة عالية وتشكل 6 – 7% من الأشعة الشمسية : • تمتص بواسطة الأوزون • لها تأثير سلبي على النظام البيئي • تؤثر تأثيراً حادً على عملية التمثيل الضوئي • تتواجد الاشعة فوق البنفسجية بمعدلات عالية عند سطح المحيط في المناطق المدارية وذلك بسبب ضعف طبقة الأوزون (في ثاني طبقة بعد طبقة التروبوسفيرTroposphere وتعرف بطبقة الستراتوسفير Stratosphere. 30 كم ويصل عمقها في المياه الشفافة إلى 20 م).

3. الطاقة الشمسية Solar Energy • ويجب ملاحظة أن الشعاب المرجانية تزدهر في هذه المناطق المدارية ويرجع ازدهارها لمقدرتها على إفراز أحماض أمينية تعرف بـ Mycosporine لامتصاص وحجب هذه الأشعة الضارة على الحيوان والطحلب في نفس الوقت. • * تقوم الاشعة فوق البنفسجية بتخفيض نسبة نمو الهيكل بحوالي 50% وزيادة انتاج اليرقات بـ 80% . 2- الأشعة المرئية: • تتراوح أطوال موجاتها ما بين 400 – 700 nm وتمثل الأشعة البنفسجية والزرقاء والخضراء والصفراء والبرتقالية والحمراء وهي ضرورية لعملية التمثيل الضوئي وتشكل حوالي 42% من الاشعاع الشمسي.

4. الطاقة الشمسية Solar Energy • يلاحظ أنالضوء ذو الموجات الطويلة عند نهاية الضوء الاحمر أقل طاقة بينما في الموجات الأقصر في نهاية الضوء الأزرق ذو طاقة أكبر فالموجات ما بين 440 – 490 تبلغ أقصى اختراق في ماء البحر حيث تصبغ ماء البحر باللون الأزرق. • أما الموجه عند 550 تضفي اللون الاخضر في المناطق الساحلية عن طريق امتصاص الحزمة بواسطة العوالق النباتية. • العوامل التي تؤثر على كثافة الضوء المراد الحصول عليه: 1- كمية السحب 2- شدة العواصف 3- عكارة الماء 4- كمية المواد العالقة 5- حركة الأمواج 6- نوع القاع

5. الطاقة الشمسية Solar Energy • الضوء الساقط على النباتات الخضراء ينعكس منه 98% وتمتص النباتات حوالي 2% فقط , تستخدم فقط 1% من 2% في عملية التمثيل الضوئي أما معدل الكفاءة البيئية في المحيطات للمنتجات فيبلغ 0.18% تخزن النباتات البحرية حوالي 0.04% من الطاقة الشمسية والباقي يتشتت. 3- الأشعة تحت الحمراء Infrared Light أطوال أمواجها مابين 700-100.000 ,تكون 51% من اشعاع الشمس ويستخدم الجزء الأكبر منه في رفع درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي.

6. التمثيل الضوئي Photosynthesis • عبارة عن استخدام الطاقة المشعة بواسطة الكلورفيل وبعض الصبغات الأخرى وتحويلها إلى طاقة كيميائية تستخدم لعملية اختزال Co2 المأخوذ من الماء أو عملية الهدم لتكوين الجلوكوز. • يحتوي الكلوروبلاست Chloroplast على صبغات تقوم بعملية امتصاص الضوء وهي: • b – c – d - e : a يمتص الاضاءة من 450 – 650 نانو متر • 2 ر ط يد يد للطويلة والقصيرة • Carotenoids : يمتص عند الموجات 600-700. • انزيمات تستخدم الطاقة لتحويل H2o + Co2 إلى كربوهيدرات (سكريات).

7. التمثيل الضوئي • يمتص الضوء المرئي بواسطة الصبغات لانتاج : • طاقة مختزلة reducing power على شكل NADPH2 • طاقة بيوكيميائية على شكل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) • انزيمات تستخدم ATP , NADPH2 لتحويل Co2 و H2O إلى كربوهيدرات The electron acceptor is nictionmidwadmine adenine demine simuceteotide (NADP) يستخدم لحفظ الطاقة المكتسبة من العناصر المغذية (ATP) AdenosineTriphosph

8. التمثيل الضوئي وتنقسم عملية التمثيل الضوئي إلى قسمين: 1- Light reaction تحدث في غشاءThylakoid حيث يتم نزع ذرة الهيدروجين من الماء ونقلها بواسطة الكترونات المستقبلة NADD ليتكون طاقة مختزلة على هيئة NADPH2 وينطلق الأوكسجين . • يرتبط بهذه العملية تحويل ADP والفسفور الغير عضوي IP إلى ATP (أيدونوسين ثلاثي الفوسفات) H2o + NADP1/2 O2 + NADPH2 2 ADP + P 2 ATP

9. التمثيل الضوئي • - Dark reaction • تتم في منطقة Pyrenoid للكلوربلاست حيث الانزيمات الموجودة تستخدم كلا من NADPH2 و ATP المتشكل من التفاعل السابق لتحويل CO2 إلى كربوهيدرات حسب المعادلة • Co2 + NADPH2 CH2O + H2O + 2NADP • 3 ATP + 3 P ADP+ 3P1 • وتصبح المعادلة النهائية • 6Co2 + 6H2O • C6 H12 O6 + 6O2 • G = 686Kcal…. • وعلى العموم هذه العملية معقدة جداً والجلوكوز ليس هو الناتج الوحيد ولكن هناك بعض المركبات التي تحتوي على الكربون مثل البروتين والدهون وكلها غنية بالطاقة الكيميائية التي تستخدمها أحياء أخرى.

10. تأثير شدة الإضاءة على عملية البناء الضوئي تتحكم في عملية البناء الضوئي عوامل مختلفة منها: • مقدار كمية الكلوروفيل • مساحة السطح المعرض للأشعة الشمسية • عدد الخلايا الطحلبية • حجم بولب المرجان • التأقلم الضوئي في المرجان يقصد بالتأقلم الضوئي في المرجان التغيرات في الاشعاع أثناء عملية النمو في المرجان وتشتمل هذه العملية على التغيرات الآتية: • تمدد البولب ويكون خلال دقائق • تغير في أصباغ عملية التمثيل الضوئي يتم خلال ساعات • تغير في عدد الطحالب يتم خلال أيام • تغير في شكل المستعمرة يتم خلال سنوات • تغير في الجينات يتم خلال آلاف السنين

11. الاستجابات المورفولوجية للإشعاع • يعتبر تمدد البولب في حيوان المرجان من الاستجابات التي تحدث لهذا الكائن من جراء الاشعاع الساقط عليه حيث أن هذا التمدد يعتبر وسيلة لاجتذاب إضاءة أكبر أثناء النهار. • غالبا ما يتشكل المرجان بالشكل الكروي عندما يتواجد في المياه الضحلة، أما في المياه العميقة فانه يتشكل على شكل صفائح.