أنت تواجه وعاء عملاقا
مليء بطاقة الكربون المقرمشة.
ملعقة واحدة. اثنتان. ثلاثة.
لتصبح في وقت وجيز مدعمًا بطاقة سكرية
مصدرها من وجبتك.
لكن كيف أتت تلك الطاقة إلى وعائك؟
الطاقة تتواجد على هيئة سكريات
مصنوعة من النباتات التي تنتج لك رقائق الحبوب،
مثل القمح أو الذرة.
كما ترى، الكربون هو العمود الفقري الكيميائي،
والنباتات تحصل عليه
على شكل ثاني أكسيد الكربون، CO2،
من الهواء الذي نتنفسه جميعًا.
لكن كيف لمصنع الطاقة النباتي،
ومقره في البلاستيدات الخضراء،
أن يحول غاز كربون واحد، مثل CO2،
إلى ستة كربونات صلبة، مثل الجلكوز؟
إذا كنت تفكر بالتمثيل الضوئي، فأنت على صواب.
لكن عملية التمثيل الضوئي تنقسم إلى خطوتين.
الأولى، تخزين الطاقة من الشمس
على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات، أو آي تي بي.
والثانية، وهي دورة كالفن، التي تلتقط الكربون
وتحوله إلى سكر.
هذه المرحلة الثانية تمثل واحدة من خطوط
الإنتاج الطبيعية الأكثر استدامة.
وبذلك، نرحب بك في أصغر مصنع في العالم.
المواد الأولية؟
مزيج من جزيئات ثاني أكسيد الكربون من الهواء،
وجزيئات مجمعة مسبقا تسمى
ريبولوز بيفوسفات، أو RuBP،
كل منها يحتوي على خمسة كربونات.
المحرض؟ أنزيم يدعى ريبسكو
والذي يلحم ذرة كربون واحدة من جزيء ثاني أكسيد الكربون
مع سلسلة RuBP
لتبني ستة تسلسلات كربون أولية.
لتنقسم بسرعة إلى سلسلتين قصيرة
تحتوي كل منها على ثلاث كربونات
وتسمى فوفسفات جلوسيريت، وكاختصار بي جي آي.
داخل آي تي بي، ومادة كيميائية أخرى تسمى
نيكوتيناميد الأدينيين ثنائي النوكليدتيد الفوسفات،
أو فقط NADPH.
يعمل آي تي بي مثل الشحم، فيسلم الطاقة،
بينما NADPH تلصق هيدروجين واحد لكل سلسلة من سلاسل بي جي آي،
فتحولها إلى جزيئات تسمى
غليسير ألدهيد ثلاثي الفوسفات، أو جي 3 بي.
يحتاج تشكل الجلكوز إلى ستة كربونات،
مصنوعة من جزيئين من جي 3 بي،
التي تحتوي بالمناسبة على ستة كربونات بينهما.
إذًا، تم تصنيع السكر للتو، أليس كذلك؟
ليس تمامًا.
تعمل دورة كالفن مثل خط إنتاج مستدام،
بمعنى أن RuBPs الأصلية
التي أطلقت الأمور منذ البداية،
بحاجة إلى إعادة انتاجها من خلال إعادة استخدام المواد
ضمن الدورة الحالية.
لكن كل RuBP بحاجة إلى خمس كربونات
وتصنيع الجلكوز يأخذ جميع الكربونات الستة.
شيء غير متساوي.
الجواب يكمن في ظاهرة مدهشة واحدة.
بينما كان التركيز على خط انتاج واحد
خمسة خطوط أخرى كانت تعمل بنفس الوقت.
مع ستة سيور ناقلة تتحرك في انسجام تام،
لا يوجد فقط كربون واحد يلتحم
بسلسة RuBP واحدة،
بل ستة كربونات تلتحم بستة RuBP.
وهذا ينتج 12 سلسلة من جي 3 بي بدلاً من سلسلتين،
بمعنى أن كل ذلك معًا يمثل وجود 36 كربون:
وهو العدد المضبوط لتصنيع السكر،
وإعادة بناء تلك ال RUBP.
بتجميع 12 من جي 3 بي معًا،
اثنتان يتم استنزافهما لتتشكل
سلسلة 6 جلكوز الكربون الغنية بالطاقة.
والتي تشحنك بالطاقة عند تناولك وجبة الإفطار. نجحت!
عودة مرة أخرى لخط الإنتاج،
المنتجات الثانوية المترتبة عن إنتاج السكر
يتم تجميعها بسرعة لإعادة بناء ستة من RuBPs.
وهذا يتطلب 30 كربون،
العدد الدقيق المتبقي سابقًا هو 10 جي 3 بي اس.
والآن يحدث امتزاج وتشكل الجزيئات.
اثنان من جي ثري بي اس تلتحمان معًا
لتشكل 6 سلاسل من الكربون.
بإضافة الجي 3 بي الثالث، تتكون تسع سلاسل من الكربون.
أول RuBP، تتكون من خمس كربونات،
تنفصل عن هذا،
مخلفة ورائها 4 كربونات.
لكن لا يوجد هدر هنا.
تلك الملتحمات برابع جزيء جي ثري بي،
تكون 7 سلاسل كربون.
يضاف إلى خامس جزيء جي ثري بي،
عاشر سلسة كربون
كافية لإنتاج اثنتين إضافيتين من RuBPs.
مع إعادة إنتاج ثلاثة من RuBPs
من خمسة من عشرة من جي 3بي،
ببساطة سيتم تكرار هذه العملية
لتجديد ستة سلاسل من RuBP
اللازمة لإعادة الدورة من جديد.
إذًا دورة كالفن تنتج العدد المضبوط
من العناصر والعمليات
اللازمة لاستمرارية خط الإنتاج البيوكميائي هذا
إلى ما لانهاية.
وهذه مجرد دورة من مئات الدورات
الموجودة في الطبيعة.
لماذا هذا العدد الكبير؟
لآنه إذا كانت عمليات الإنتاج البيوكيميائي خطية
فلن تقارب الكفاءة ونسبة النجاح
في استخدام الطاقة لتصنيع المواد
لتلك التي تعتمد عليها الطبيعة، مثل السكر.
تصنع الدورات حلقات تغذية مرتدة
فتعيد استخدام وبناء المكونات
بصياغة أكبر قدر ممكن
من الموارد المتوفرة على كوكب الأرض.
مثل ذلك السكر،
المنتج باستخدام أشعة الشمس الصافية والكربون
ويتحول في المصانع النباتية
ليصبح الطاقة التي تقويك
وتحافظ على تعاقب الدورات في حياتك الخاصة.