تبادل الغازات في النبات

كيم وفيليب يقومان بنزهة في الحديقة. ممم، الهواء نقي هنا! ومليىء بالأكسجين لتتكاثر كل هذه النباتات. من الجيد أنكما تحبان الهواء النقي. هل تعلمان أن النبات يحتاج للأكسجين أيضا؟ عادة ما نرى النبات كمنتج للأكسجين. يمتص النبات ثاني أكسيد الكربون من الهواء، والمياه من التربة، ثم يستخدمها في عملية تسمى التمثيل الضوئي. ينتج عن التمثيل الضوئي الأكسجينُ والجلوكوز. الجلوكوز طعام النبات. يستخدم النبات الجلوكوز في عملية تحرر الطاقة وتمنحها لخلايا النبات. تسمى هذه العملية بالتنفس الخلوي. لكن للقيام بالتنفس الخلوي، يحتاج النبات للأكسجين! ينتج التنفس الخلوي أيضا ناتجين، ثاني أكسيد الكربون والماء، واللذان يمكن استخدامهما للتمثيل الضوئي! يبدو هذا النظام مثاليا. ما تحتاجة عملية ما، تنتجه عملية أخرى. لكن للقيام بالتمثيل الضوئي، يحتاج النبات لثاني أكسيد كربون أكثر مما ينتجه عبر التنفس الخلوي. في نفس الوقت، يستخدم التنفس الخلوي أكسجينا أقل مما ينتجه النبات في التمثيل الضوئي. لذا فالنبات ينتج ثاني أكسيد كربون أقل من احتياجه، وينتج أكسجينا أكثر مما يحتاج. إذا فالنبات يستبدل الغازات بالهواء المحيط به: يمتص ثاني أكسيد الكربون، ويحرر أكسجينا إضافيا. لنلقي نظرة أقرب على طريقة عمل ذلك! هناك فتحات صغيرة تسمى الثغور، على أوراق النبات وبعض الجذوع. يمكن التفكير بها كأفواه صغيرة تُفتح وتُغلق، لإدخال وإخراج الهواء. الثغور المفتوحة تسمح للغازات بالدخول والخروج من النبتة. لكن إن ظلت الثغور مفتوحة باستمرار، سيخرج بخار الماء من النبات عند جفاف الهواء. لذا لتجنب جفاف النبات، كل فتحة، أو ثغر، محاط بخليتين متخصصتين بشكل هلالي. تتحكم تلك الخلايا بفتح وغلق الثغور. إنها تسمى الخلايا الحارسة. عندما ترتفع رطوبة الهواء، يقل تركيز الماء في الخلايا الحارسة عن محيطها. بسبب ذلك، ينتقل الماء لداخل الخلايا الحارسة، مما يجعلها تتضخم. للخلايا الحارسة جدار خلوي أكبر سمكا عند الناحية المقابلة للثغر، مقارنة بالناحية المواجهة للخلايا الأخرى. لذا تتوسع الجدران الخلوية البعيدة عن الفتحة والأقل سمكا أكثر من الجدران الأسمك الأقرب للفتحة. هذا يؤدي لالتواء الخلايا الحارسة وانفتاح الثغر لتستطيع الغازات العبور! مع تغير الجو وانخفاض الرطوبة، تصبح كمية المياه في الخلايا الحارسة أكبر من محيطها، فينتقل الماء للخلايا المحيطة. فقدان المياه من الخلايا الحارسة يجعلها تتقلص، فينغلق الثغر. إنتقال الغازات لداخل أو خارج النبات يتوقف على الظروف البيئية أيضا! مثلا، في يوم مشمس، يكون معدل التمثيل الضوئي أكبر من معدل التنفس. يُمتص ثاني أكسيد الكربون عبر الثغور، بينما يُطلق الأكسجين. عند تعرض النبات لضوء قليل، يتساوى معدل التمثيل الضوئي مع معدل التنفس. في تلك الحالة، لا يتم إخراج أو إدخل أي من الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون. عندما لا يتعرض النبات لأي ضوء، لا يحدث التمثيل الضوئي، لكن يستمر التنفس. بسبب ذلك، يُمتص الأكسجين، بينما يُطلق ثاني أكسيد الكربون. لكن لا تقلقا، ما زال هناك الكثير من الأكسجين في الخارج لجميع الكائنات الأخرى حتى خلال الليل! فيليب! علينا استنشاق أكبر كمية من الهواء النقي قبل أن نرجع للمدينة!