مقدمة لدراسة التحولات الغذائية فى النبات

أ.د/ أحمد لطفى ونس    الأيض الإبتدائى    تعليق   

محتوى الموضوع

• أهمية الغذاء بالنسبة للكائنات الحية
  
• كيف تحصل الكائنات الحية على احتياجاتها الغذائية
• الحكمة من كون النباتات الخضراء ذاتية التغذية
• بعض الهبات التى منحها الله عز وجل للنباتات وميزها بها عن سائر المخلوقات

رابط تحميل بوربوينت بصيغة PDF فى نهاية الموضوع

الغذاء ضرورة من ضروريات الحياه لكل الكائنات الحية وهذا يرجع للأسباب التالية:

1)   الغذاء هام جدا لنمو الجسم وبنائه لأن النمو يحدث عن طريق تكوين خلايا وانسجة جديدة ولكى تتكون هذه الخلايا والأنسجة يلزم توفر مركبات عضوية معينة يحصل عليها الكائن الحى عن طريق التغذية.

2)   الغذاء هام وضروري جدا لتعويض ما يتلف من الخلايا والأنسجة وذلك بتكوين خلايا وأنسجة جديدة تحل محل ما تلف منها.

3)   الغذاء هام جدا لإمداد الجسم باحتياجاته من الطاقة التى تلزم لتسيير كافة العمليات الحيوية التى تتم فى الخلايا الحية والتى تكون فى حاله نشاط مستمر ويتم فيها العديد من العمليات الحيوية ومثل هذه العمليات تحتاج الى طاقة.

كيف تحصل الكائنات الحية على احتياجاتها الغذائية؟

تختلف الكائنات الحية عن بعضها البعض فى طريقة التغذية، فمنها ما يحصل على احتياجاته الغذائية عن طريق التغذية على كائنات حية أخرى نباتية كانت أو حيوانية أو كلاهما ومنها ما يحصل على احتياجاته الغذائية عن طريق الترمم على المخلفات العضوية ومنها ما تقوم بتصنيع غذائها بنفسها باستخدام مواد أولية توجد فى البيئة المحيطة بها. وتبعاً لذلك تقسم الكائنات الحية إلى قسمين رئيسيين هما:

 1- كائنات ذاتية التغذية وهى الكائنات التى يمكنها تجهيز غذائها العضوى بنفسها باستخدام مواد أولية تتوفر فى البيئة التى تعيش فيها وهى تضم النباتات الخضراء بمختلف أنواعها. 

2- كائنات غير ذاتية التغذية وهى الكائنات التى لاتستطيع تجهيز غذائها العضوى بنفسها لخلوها من صبغات الكلوروفيل التى تتميز بها النباتات الخضراء، وتحصل هذه الكائنات على احتياجاتها من الغذاء العضوى من مصدر خارجى وهذه تشمل جميع الكائنات الحية الأخرى، وهذه تقسم تبعاً لطريقة حصولها على الغذاء من المصدر الخارجى إلى قسمين هما:

غير ذاتية التغذية أساسية    وغير ذاتية التغذية ثانوية

الكائنات غير ذاتية التغذية الأساسية تقسم إلى ثلاثة اقسام فرعية

1.  آكلة العشب وهى تشمل بعض الحيوانات المتقدمة راقياً إلا أنها تحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى عن طريق التغذية على الأعشاب سواء كانت أعشاب خضراء او أعشاب جافة مثل الأرانب أو الأغنام والجاموس والأبقار 

2.    آكلة اللحوم وهى تضم الحيوانات والطيور المفترسة والتى بالرغم من كونها حيوانات متقدمة راقياً لكن لا تستطيع تجهيز غذائها بنفسها وتحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى عن طريق التغذية على حيوانات أخرى.

3.  متنوعة التغذية وهذه تشمل الكائنات الحية التى يكون نمط التغذية فيها متنوع أى تحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى عن طريق التغذية على النباتات والحيوانات مثل الإنسان والقرود. 

الكائنات غير ذاتية التغذية الثانوية تقسم الى قسمين فرعيين فقط هما:

1.   كائنات متطفلة: وهى الكائنات التي تحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى عن طريق المعيشة على كائن حى أخر أو بداخله  لتمتص من جسمه احتياجاتها من الغذاء العضوى وبالتالى فإنها تؤثر سلباً على نموه فتضعفه وتسبب له أمراض خطيرة وقد تتسبب فى موته وهلكه ومن أمثلتها الكثير من الفطريات والبكتريا والديدان البطنية مثل البلهارسيا وديدان الإسكارس.

2.  كائنات مترممة: وهى كائنات تعيش على المخلفات العضوية مثل الأطعمة أو بقايا الأطعمة والفضلات وبقايا النباتات والحيوانات الميتة، حيث تقوم هذه الكائنات بإفراز إنزيمات تحلل المادة العضوية المعقدة فى هذه المخلفات وتحولها الى مركبات وسطية بسيطة لكى تمتصها وتستخدمها فى بناء أجسامها ومن أمثلتها بعض الفطريات والبكتيريا.

3. كائنات تكافلية: وهى كائنات غير ذاتية التغذية تحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى عن طريق المعيشة التكافلية "تبادل المنفعة" مع كائن حى أخر لتحصل منه على احتياجاتها من الغذاء العضوى وفى المقابل تمده ببعض احتياجاته، ومثال ذلك بكتريا العقد الجذرية التى تعيش داخل انتفاخات تكونها فى جذور كثير من نباتات العائلة الفولية لتحصل منها على احتياجاتها من الغذاء العضوى وفى المقابل تقوم هذه البكتريا بتثبيت نيتروجين الهواء الجوى (الغازى) فى التربة ليتم تحويله للصورة الصالحة للامتصاص بواسطة النبات.

 الحكمة من كون النباتات الخضراء ذاتية التغذية

لاحظنا من تقسيم الكائنات الحية تبعاً لطريقة التغذية أن النباتات الخضراء هى المجموعة الوحيدة من الكائنات الحية التى تتميز بكونها ذاتية التغذية، مما يدعو إلى التفكير والتساؤل لماذا تميزت النباتات الخضراء عن باقى الكائنات الحية بكونها ذاتية التغذية؟ أى تستطيع تجهيز العضو ى بنفسها، دعنا نتفكر ونتأمل فى خلق النبات ففى التفكر والتأمل فى خلق الله عز وجل عبادة وهنا سوف تتجلى لنا حكمة الخالق عز وجل في خلق النبات فسبحانه وتعالى لم يخلق شيئا عبثا، فالنباتات هى المجموعة الوحيدة من الكائنات الحية التي ليس لها القدرة على الحركة والانتقال من مكان إلى أخر  بحثاً عن الغذاء والماء (نقصد هنا النباتات الأرضية التى تعيش على اليابسة)، على عكس الكائنات الحية الأخرى التى قد يكون لها قدرة على الحركة الذاتية وتستطيع الانتقال من مكان إلى أخر بحثاً عن الغذاء والماء مثل الإنسان والحيوانات بمختلف أنواعها أو قد لا يكون لها القدرة على الحركة الذاتية ولكنها تنتقل من مكان إلى أخر بفعل عوامل معينة مثل تيارات المياه وحركة الرياح التى تساعد فى انتقال وانتشار كثير من الكائنات الدقيقة مثل الهائمات المائية والفطريات والبكتريا. ولما كانت النباتات هى المجموعة الوحيدة من الكائنات الحية التى ليس لها القدرة على الإنتقال من مكان إلى أخر، فقد وهبها الله عز وجل مميزات عديدة لا توجد فى غيرها من الكائنات الحية ومنها: أن تكون النباتات الخضراء ذاتية التغذية أى تستطيع تجهيز غذائها العضوى بنفسها وهى ثابتة فى مكانها، إذن كيف ذلك؟! نلاحظ أن الجسم فى النباتات الأرضية تميز بقدرة الخالق عز وجل إلى جزئين رئيسيين هما: 

1- المجموع الجذرى وهو الجزء من جسم النبات الذى يوجد عادة تحت سطح التربة ويتكون من عدد كبير من الجذور التى تتشعب فى التربة لكى تثبت النبات فيها جيداً وفى نفس الوقت تقوم بامتصاص الماء والعناصر المعدنية الذائبة فيه من التربة لتمد النبات باحتياجاته منها.

2- المجموع الخضرى وهو الجزء من النبات الذى يوجد عادة فوق سطح التربة ويتكون عادة من ساق وأفرع وأوراق، والأوراق هى العضو الرئيسى من النبات المسئول عن القيام بعملية البناء الضوئى التى يتم من خلالها انتاج المادة الخام الغنية بالطاقة واللازمة لبناء كافة المركبات العضوية الأخرى التى يحتاجها النبات فى بناء جسمه ونموه وهذه المادة هى مركب جليسرالدهيد 3- فوسفات (G3P) وهو عبارة عن سكر ذو ثلاث ذرات كربون مرتبط بمجموعة فوسفات على ذرة الكربون الثالثة. ويتم بناء مركب (G3P) من مواد أولية بسيطة هى ثانى أكسيد الكربون (CO₂) الذى يحصل عليه النبات من الهواء الجوى، والماء الذى يحصل عليه النبات من التربة بواسطة الجذور وبالاستعانة بالطاقة الضوئية التى تمتصها صبغات الكلوروفيل الخضراء التى توجد فى الأوراق، حيث أن النباتات الخضراء لكى تقوم بناء هذه المركبات العضوية يلزم لها امتصاص كمية كبيرة من الطاقة الضوئية لتقوم بتحويلها إلى طاقة كيميائية تثبتها وتخزنها فى تلك المركبات وتظل هذه الطاقة كامنة كما هى طالما بقيت هذه المركبات على حالتها ولا تحرر منها الا إذا احتاجها الجسم فتقوم الخلايا بهدمها وتحويلها الى مكوناتها الأولية لتحرير الطاقة منها (كما سنوضح ذلك تفصيلياً فى الأجزاء التالية).

بعض المميزات التى وهبها الله عز وجل للنباتات وميزها بها عن سائر المخلوقات

1- النباتات الخضراء كائنات  ذاتية التغذية .

2- وضع الله عز وجل فيها العديد من أسباب إستمرار الحياة على سطح كوكبنا، فالنباتات الخضراء تستطيع أن تعيش وتستمر فى الحياة على سطح كوكبنا بدون وجود باقى الكائنات الحية الأخرى، والعكس صحيح أى لا تستطيع جميع الكائنات الحية أن تعيش بدون وجود النباتات الخضراء، ويرجع ذلك لما حبها الله عز وجل من مميزات وأسباب تساعد على إستمرار الحياة على سطح كوكبنا ومنها:

1.  أن النباتات الخضراء هى مصدر الغذاء العضوى لكل الكائنات الحية الأخرى والتى تحصل على احتياجاتها من الغذاء العضوى من النباتات بطريقة مباشرة عن طريق التغذية على النباتات نفسها (مثل الكائنات أكلة العشب) أو بطريقة غير مباشرة عن طريق التغذية على كائنات أخرى سبق وتغذت على النبات (مثل الحيوانات أكلة اللحوم) أو من المخلفات العضوية النباتات والحيوانات الميتة (مثل الكائنات المترممة).

2.  هى المسئولة عن حفظ التوازن بين الأكسجين وثانى أكسيد الكربون فى الهواء الجوى اللازم لاستمرار الحياة على سطح كوكبنا وسنقوم بايضاح ذلك فى الجزء التالى عند شرح عملية البناء الضوئى.

3.  هى مصدر الأكسجين المتجدد فى الهواء الجوى والذى يتصاعد كناتج ثانوى لعملية البناء الضوئى التى تقوم بها النباتات الخضراء بمعدل كبير جداً.

4.   هى مصدر الأخشاب التى يستخدمها الإنسان فى أغراضه الحياتية مثل بناء المنازل وصناعة الأثاث والسفن وفى التدفئة ...إلخ.

5.    هى أيضاً مصدر من مصادر الثروات الطبيعية كالبترول وذلك بعد موتها وتحللها فى التربة وكذلك موت وتحلل الكائنات الحية الأخرى التى تغذت عليها بطريقة مباشرة أو غير مباشرة.

كل هذه المميزات جعل بها الله عز وجل النباتات الخضراء عماداً للحياة على سطح كوكبنا وبدونها تهلك جميع الكائنات الحية لا محالة.  وتعود هذه المميزات جميعها إلى عملية فريدة خص بها الله عز وجل النباتات الخضراء ألا وهى عملية البناء الضوئى أى أن عملية البناء الضوئى على وجه الدقة عماد الحياة، تلك العملية التى تتم داخل عضيات خلوية دقيقة الحجم جداً لا نستطيع تمييز تركيبها إلا باستخدام الميكرسكوب الإلكترونى وعلى قوة تكبير عالية جداً وهذه العضيات هى البلاستيدات الخضراء.

يمكنك مشاهدة الفيديو التالى لمتابعة الشرح التفصيلى

والنباتات الخضراء نظرا لاحتوائها على الكلوروفيل تستطيع بناء غذائها العضوى بنفسها وذلك باستخدام مواد أولية بسيطة غير عضوية تحصل عليها من البيئة التى تنمو فيها مثل ثانى أكسيد الكربون والماء والعناصر المعدنية ثم تقوم بتحويل هذه المواد الأولية البسيطة إلى أنواعا متعددة من المركبات العضوية التي تتفاوت فى درجة تعقيدها مثل المواد الكربوهيدراتية والبروتينات والدهون والإنزيمات والفيتامينات والأحماض العضوية والصبغات والهرمونات وغيرها، لذلك تعرف النباتات الخضراء بأنها ذاتية التغذية Autotrophic أى أنها تقوم بنفسها بإعداد المادة العضوية اللازمة لنموها.

يطلق على العمليات الكيوحيوية التى تحدث فى خلايا النبات الحية وتؤدى إلى تكوين هذه المركبات العضوية المختلفة إسم عمليات البناء، وقد يستخدم النبات بعض هذه المركبات فى بناء جسمه، كما قد يتراكم بعضها الأخر داخل الخلية النباتية وتستعمل تدريجيا فيما بعد فى عمليات أخرى ومن هذه العمليات عملية تجزئة أو تفتيت المركبات المعقدة إلى مركبات أقل تعقيداً أو إلى مكوناتها الأصلية الأولية، وهذا يؤدى إلى تحرير بعض أو كل الطاقة التي كانت كامنة بجزيئات المركبات المعقدة، وبذلك يتمكن النبات من استغلال هذه الطاقة فى عملياته الحيوية المختلفة. ويطلق على مثل هذه العمليات المؤدية إلى تفتيت المركبات المعقدة  إلى مواد بسيطة مع تحرير الطاقة الكامنة إسم عمليات الهدم، كما يطلق على ما يحدث داخل الخلايا النباتية من عمليات البناء والهدم إسم التحولات الغذائية أو الأيض  Metabolism

تحدث عمليتا البناء والهدم فى خلايا النبات جنباً إلى جنب، ويكون التوازن بين البناء والهدم فى صالح أولهما أثناء نمو النبات، غير أنه يحدث أحياناً أن يختل النظام الداخلى للبروتوبلازم ويفقد سيطرته على عمليات التحول الغذائى نتيجة لعوامل داخلية أو خارجية عارضة مما يؤدى إلى حدوث الإنحلال الذاتى الذي ينتج عنه تراكم منتجات ليس من المألوف وجودها بالنبات فى الحالة الطبيعية، فمثلاً إذا وضع النبات فى وسط خال من الأكسجين (وهذه الحالة غير طبيعية بالنسبة للنبات) فإن النبات يضطر إلى التنفس اللاهوائى مما يؤدى إلى تراكم مواد ضارة وسامة ببروتوبلازم الخلايا الحية مثل الكحول والأسيتالدهيد 

مما تقدم يتضح أن الأيض أو التحول الغذائى يشتمل على نوعين أساسيين من العمليات هما:

(1) البناء Anabolism وهى العمليات التى يتم فيها بناء مركبات عضوية معقدة غنية بالطاقة من مواد بسيطة غير عضوية مثل بناء المواد الكربوهيدراتية والبروتينات والدهون.......إلخ ومن أهم عمليات البناء فى النبات هى عملية البناء الضوئى Photosynthesis.

(2) الهدم Catabolism وهى عمليات عكس عمليات البناء وفيها يتم تجزئة المركبات المعقدة إلى مركبات أقل تعقيدا أو إلى مكوناتها الأصلية البسيطة ويصحب ذلك انطلاق الطاقة التي كانت مختزنة بجزيئات المركبات المعقدة لاستخدامها فى العمليات الحيوية المختلفة، ومن أهم عمليات الهدم هى عملية التنفس Respiration.  

يمكنك تحميل بوربوينت المحاضرة بصيغة PDF  من هنا