گیاهان چطور غذا می‌سازند

گاو با خوردن علف بزرگ می‌شود. اما درخت هیچ چیزی نمی‌خورد، و با این حال از یک بلوط کوچک، به اندازه‌ی بند انگشت، درختی می‌روید که چند تن وزن دارد. این همه چوب از کجا آمده است؟

افسانه یا واقعیت؟ گیاهان غذایشان را از خاک می‌گیرند.

درختی در یک گلدان

حدود ۴۰۰ سال پیش، یان باپتیست فان هلمونت، پزشکی اهل فلاندر، این را آزمایش کرد. او حدود ۹۰ کیلوگرم خاک را در تنور خشک کرد، آن را در گلدان بزرگی ریخت و نهال بیدی به وزن حدود ۲ کیلوگرم در آن کاشت. پنج سال به آن فقط آب داد و روی گلدان را پوشاند تا گرد و خاکی در آن نریزد. بعد همه چیز را دوباره وزن کرد. بید حالا حدود ۷۷ کیلوگرم وزن داشت، اما خاک فقط حدود ۵۷ گرم سبک‌تر شده بود.^۱

یان باپتیست فان هلمونت، گراورِ رابرت کوپر در اوایل قرن نوزدهم از روی یک چاپ قدیمی‌تر. تصویر: مالکیت عمومی، از ویکی‌مدیا کامنز.

پس درخت خاک را نخورده بود. فان هلمونت نتیجه گرفت که همه‌ی درخت از آب ساخته شده است. او نیمی از ماجرا را درست فهمیده بود.

هوا، آب و نور

نیمه‌ی دیگر ماجرا در قرن هجدهم پیدا شد. در اوت ۱۷۷۱، دانشمند انگلیسی جوزف پریستلی شاخه‌ای نعناع را در ظرف شیشه‌ای دربسته‌ای گذاشت. در آن ظرف پیش‌تر شمعی آن‌قدر سوخته بود تا خاموش شده بود. ده روز بعد، شمع تازه‌ای در همان هوا دوباره روشن ماند. گیاه هوا را «تعمیر» کرده بود.^۲ در سال ۱۷۷۹، پزشک هلندی یان اینگنهاوس نشان داد که فقط بخش‌های سبز گیاه این کار را می‌کنند، آن هم فقط در نور.^۳

امروز به کاری که نعناع می‌کرد فتوسنتز (یا نورساخت؛ photosynthesis) می‌گوییم، یعنی «ساختن با نور». گیاه کربن دی‌اکسید را که گازی در هواست، همراه با آب برمی‌دارد و با انرژی نور آن‌ها را به قندی به نام گلوکز تبدیل می‌کند. اکسیژن باقی می‌ماند و به هوا می‌رود:^۴

کربن دی‌اکسید + آب + انرژی نور ← گلوکز + اکسیژن

درون برگ

فتوسنتز درون بخش‌های سبز و ریزی از یاخته‌های گیاه به نام کلروپلاست انجام می‌شود (درس «یاخته‌ی گیاهی و یاخته‌ی جانوری» را ببینید). کلروپلاست‌ها سبزند، چون پر از کلروفیل (سبزینه) هستند، ماده‌ی سبزی که نور را می‌گیرد.^۴ آب از ریشه‌ها بالا می‌آید. کربن دی‌اکسید از سوراخ‌های بسیار ریزی روی برگ وارد می‌شود و اکسیژن از همان سوراخ‌ها بیرون می‌رود.

گیاه از گلوکز سه جور استفاده می‌کند. انرژی‌اش را آزاد می‌کند تا زنده بماند (درس «یاخته‌ها چطور انرژی آزاد می‌کنند» را ببینید). آن را به شکل نشاسته ذخیره می‌کند، مثلاً در دانه‌ی برنج و گندم و در سیب‌زمینی. و هزاران واحد گلوکز را به هم وصل می‌کند و رشته‌های بلند سلولز می‌سازد، ماده‌ای که دیواره‌ی یاخته‌ها، چوب و کاغذ از آن ساخته شده‌اند.^۵ پس چوبِ بید فان هلمونت از آب و از کربن دی‌اکسیدِ هوا ساخته شده بود.

غذای تقریباً همه

گیاهان، جلبک‌ها (مثل جلبک‌های دریایی و خویشاوندان بسیار ریزشان) و گروهی از باکتری‌ها به نام سیانوباکتری‌ها تنها جاندارانی هستند که می‌توانند انرژی نور خورشید را این‌طور به دام بیندازند.^۴ تقریباً همه‌ی جانداران دیگر به آن‌ها وابسته‌اند: نان و برنج و خرما از گیاهان می‌آید، شیر و تخم‌مرغ و گوشت از جانورانی که گیاه خورده‌اند، و بخش بزرگی از اکسیژنی که نفس می‌کشید هم از همین‌هاست.

خودتان امتحان کنید

اگر می‌توانید یک گیاه آبزی از برکه یا از فروشگاه ماهی‌های آکواریومی تهیه کنید، شاخه‌ای از آن را در لیوانی آب زیر نور تند خورشید بگذارید. پس از مدتی حباب‌های ریزی روی برگ‌هایش پیدا می‌شود: این اکسیژن است. حالا لیوان را به سایه ببرید و ببینید حباب‌ها کندتر می‌شوند.

واژه‌های این درس

• فتوسنتز (نورساخت) - کاری که گیاه با انرژی نور انجام می‌دهد تا از کربن دی‌اکسید و آب گلوکز بسازد؛ اکسیژن هم بیرون می‌دهد
• کلروفیل (سبزینه) - ماده‌ی سبز گیاهان که نور را می‌گیرد
• گلوکز - نوعی قند؛ غذایی که فتوسنتز می‌سازد
• کربن دی‌اکسید - گازی در هوا که گیاه برای ساختن غذایش برمی‌دارد

ایده‌ی اصلی

گیاهان خاک نمی‌خورند. غذایشان، و خودشان را، با انرژی نور خورشید از هوا و آب می‌سازند، و تقریباً همه‌ی جانداران دیگر از همین چیزی می‌خورند که آن‌ها می‌سازند.