الأكسجين من الماء: كيف تجمعه النباتات ذرةً ذرة سريع
في كل ورقة، تحت الضوء، يعمل مصنع يفكك الماء إلى أكسجين وهيدروجين. الأكسجين يخرج إلى الهواء الذي نتنفسه، بينما يستخدم النبات الهيدروجين لغذائه. قلب هذا المصنع مركب بروتيني يحوي أربع ذرات منغنيز وذرة كالسيوم واحدة. هناك تحديدًا يفقد الماء إلكتروناته ويتحول إلى أكسجين.
ظل لغزًا كيف تلتقي ذرتا أكسجين كانتا في جزيئي ماء مختلفين وتترابطان. العمل الجديد يقترح السيناريو التالي: ذرة أكسجين (لنسمها O3) تأتي من جزيء ماء وتستقر بجوار المنغنيز. أما الذرة الثانية (O6) فالبروتين يُمسك بها جاهزة. عندما يصل الضوء، تقفز الإلكترونات وتقترب الذرتان. تنشأ الرابطة بينهما مثل سحّاب: يلتقي النصفان وتتشابك الأسنان.
هذا المسار لتكوين الرابطة أكثر كفاءة من حيث الطاقة من المسار الذي كان يُعتقد سابقًا أنه الرئيسي. بدل انتظار أن تجد ذرتا الأكسجين بعضهما في غرفة ضيقة، يقود البروتين إحداهما إلى الموضع الصحيح ويُمسك بها حتى تصل الأخرى. يشبه تركيب الأثاث: تضع القطعة في التجويف ثم تثبّت الثانية.
فهم هذه الآلية مهم لبناء أنظمة اصطناعية تنتج الأكسجين أو وقودًا نظيفًا من الماء وضوء الشمس. إذا تعلمنا تكرار هذه الحيلة، فسنتمكن من بناء مصانع تشبه الورقة لكن أكثر كفاءة.
تنتج النباتات كل عام حوالي 300 مليار طن من الأكسجين. هذا يعادل وزن جميع سكان الأرض مضروبًا في 40.