نسخة الفيديو النصية
تأكدت مجموعة من العلماء من صحة ما توصل إليه فان نيل. أجرت هذه المجموعة أحد تفاعلات البناء الضوئي؛ حيث زودوا خلاله النباتات بالماء الذي يحتوي على نظير الأكسجين-18، وثاني أكسيد الكربون الذي يحتوي على نظير الأكسجين-16. أي نظير للأكسجين يمكن أن يوجد في الأكسجين الناتج عن البناء الضوئي؟
لنبدأ إذن بتلخيص عملية البناء الضوئي. باستخدام عملية البناء الضوئي، تحول النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. ولا بد من وجود الطاقة الضوئية لحدوث التفاعل. حيث يمتصها الكلوروفيل الموجود في الجزء الأخضر من النبات. على سبيل المثال، الأوراق. يوفر الجلوكوز الناتج التغذية للنبات، في حين يمكن أن تستخدم الكائنات الحية الأكسجين الناتج في عملية التنفس. في ثلاثينيات القرن العشرين، درس عالم الأحياء الدقيقة الهولندي الأمريكي فان نيل عملية البناء الضوئي في بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية. تحتوي هذه البكتيريا على صبغة تسمى «الكلوروفيل البكتيري»، وهي تشبه إلى حد كبير الكلوروفيل الموجود في البلاستيدات الخضراء الموجودة في النباتات.
يمكننا هنا ملاحظة تفاعل البناء الضوئي في بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع كبريتيد الهيدروجين في وجود الطاقة الضوئية التي يمتصها الكلوروفيل البكتيري، وينتج الجلوكوز والماء والكبريت. دعونا نقارن بين عملية البناء الضوئي في النباتات الخضراء وعملية البناء الضوئي في بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية جنبًا إلى جنب.
إذا نظرت إلى المعادلة البسيطة لكل تفاعل، فستلاحظ تشابهات عديدة بين العمليتين. في كلا نوعي الكائنات الحية يمثل ثاني أكسيد الكربون أحد المتفاعلات. والمتفاعل الآخر في كلتا الحالتين هو مركب يحتوي على الهيدروجين. في النباتات الخضراء، هذا المركب هو الماء. وفي بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية، هذا المركب هو كبريتيد الهيدروجين. في كلا نوعي الكائنات الحية، تتحول هذه المتفاعلات إلى نواتج باستخدام الطاقة الضوئية. وينتج كلا نوعي الكائنات الحية الجلوكوز. في النباتات الخضراء، الناتج الآخر هو الأكسجين، أما في بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية، فينتج الماء والكبريت.
في النباتات الخضراء، كان يعتقد سابقًا أن الأكسجين الناتج عن عملية البناء الضوئي يأتي من ثاني أكسيد الكربون. لكن، فان نيل لاحظ أنه في بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية، لا ينتج أي أكسجين على الرغم من وجود ثاني أكسيد الكربون في المتفاعلات. وقاده هذا إلى اقتراح أن الأكسجين الناتج يأتي من جزيئات الماء وليس من ثاني أكسيد الكربون كما كان يعتقد سابقًا. ولكي يثبت العلماء الآخرون صحة اقتراح فان نيل، كان لا بد من دراسة عملية البناء الضوئي باستخدام نظائر الأكسجين. وباستخدام الماء وثاني أكسيد الكربون اللذين يحتويان على نظائر مختلفة من الأكسجين، وتتبع مكان وجود نظائر الأكسجين هذه في النواتج، تمكن العلماء من إثبات صحة اقتراح فان نيل. لذا دعونا نتناول بمزيد من التفصيل العمل الذي قامت به هذه المجموعة من العلماء.
نلاحظ من السؤال أنهم استخدموا نظيرين مختلفين من الأكسجين، وهما نظير الأكسجين-18 ونظير الأكسجين-16. لكن ما هي النظائر؟ وماذا تعني بالفعل؟ النظائر هي ذرات لنفس العنصر تحتوي على العدد نفسه من البروتونات، ولكن تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات. يحتوي كل من الأكسجين-16 والأكسجين-18 على ثمانية بروتونات في نواة كل منهما، كما هو موضح هنا باللون الأرجواني. لكن عدد النيوترونات مختلف في كل نظير. حيث يحتوي الأكسجين-16 على ثمانية نيوترونات في نواته، في حين يحتوي الأكسجين-18 على 10 نيوترونات في نواته. وهذه النيوترونات موضحة هنا في الشكل باللون البرتقالي. ونظرًا لاختلاف الخواص الفيزيائية للنظائر، يمكن استخدام النظائر لتمييز العناصر حتى يمكن تتبعها أثناء التفاعلات الكيميائية.
علمنا من السؤال أن النباتات زودت بالماء الذي يحتوي على نظير الأكسجين-18، كما هو موضح هنا باللون البرتقالي. ويحتوي ثاني أكسيد الكربون المستخدم على نظير الأكسجين الأكثر وفرة، وهو نظير الأكسجين-16. اقترح فان نيل أن الأكسجين الناتج عن عملية البناء الضوئي يأتي من الماء. ومن ثم، نتوقع أن يلاحظ هؤلاء العلماء أن الأكسجين الناتج يحتوي أيضًا على نظير الأكسجين-18 إذا كان ناتجًا عن انشطار جزيء الماء الموجود في المتفاعلات. إذن، إجابة السؤال: «أي نظير للأكسجين يمكن أن يوجد في الأكسجين الناتج عن البناء الضوئي؟» هي الأكسجين-18.
