שלום עמוס,
כפי שציינת בשאלתך, בצמח מתקיימים שני תהליכים שונים והפוכים בתכליתם. תהליך הפוטוסינתזה בו מנצל הצמח את אנרגית השמש בכדי להפוך פחמן דו חמצני מהאוויר ומים מהקרקע למולקולות סוכר, נקרא גם קיבוע פחמן. תוצר לוואי של התהליך הוא החמצן O2 שנפלט לאוויר. הסוכרים משמשים, כמו בבעלי חיים, כמקור פחמן לבנייה והתחדשות של רקמות וכמקור אנרגיה בתהליך הנשימה התאית. ההבדל בין בעלי חיים כמונו לצמחים הוא שאנחנו צריכים להשיג את מקור הפחמן ע"י אכילה (הטרו טרופים) בעוד הצמחים מייצרים את מזונם בעצמם (אוטו טרופים).
בתהליך הנשימה התאית מופקת אנרגיה ע"י חמצון מקור פחמני (סוכרים ושומנים) בעזרת מולקולות חמצן תוך פליטת פחמן דו חמצני ומים כתוצרי לוואי. אנרגיה זו משמשת לתפקוד התא החי ולכן חיונית בכל התאים והרקמות החיות של צמחים או בעלי חיים באופן שוטף ללא הפסקות. זהו תהליך "הפוך" לתהליך הפוטוסינתזה. מידע נוסף על ההבדל בין תא הצמח לתא אנימלי.
הרישום הכימי הינו:
פוטוסינתזה:
משוואת ריאקציית הפוטוסינטזה, האיור לקוח מויקיפדיה.
נשימה תאית:
משוואת ריאקציית הנשימה התאית.
חישוב ומדידת מאזן החמצן בצמח אינה פשוטה מכיוון שכל חלק בצמח מתנהג אחרת. השורשים צורכים חמצן בתהליך הנשימה התאית ואילו העלים צורכים חמצן אך גם מייצרים אותו בתהליך הפוטוסינתזה. איברים אחרים בצמח עשויים להיות מורכבים עוד יותר, למשל פירות מבצעים פוטוסינתזה בעודם ירוקים אולם תהליך זה הולך ופוחת עם ההבשלה ושינו צבע הפרי. למעשה אין תשובה מספרית אחת נכונה לשאלה הנשאלת, מכיוון שהמאזן בין שני התהליכים הנ"ל תלוי בגורמים רבים. אנסה לפרט ולהתייחס לכמה מהם.
בשעות היום העלים מבצעים פוטוסינתזה וע"פ רוב כמות החמצן הנצרכת בנשימה בעלים זניחה לעומת הכמות המופקת בפוטוסינתזה, אולם בלילה תהליך זה נפסק לחלוטין בעוד הנשימה ממשיכה ולכן המאזן מתהפך והצמח צורך יותר חמצן מאשר מה שהוא מייצר. לכן השעה ביממה בה נבחן את פליטת החמצן משפיעה מאוד על התוצאה שנקבל.
התנאים הסביבתיים ועוצמת קרינת השמש משפיעים גם הם על יעילות הפוטוסינתזה. בקיץ קרינת השמש חזקה יותר ומאפשרת פעילות פוטוסינטטית מוגברת. מצד שני, המחסור במים בעונה זו עשוי להוות גורם מגביל לתהליך הפוטוסינתזה ולכן יש חשיבות גם למיקום הגיאוגרפי של הצמח. יערות הגשם, הנחשבים ל"ריאה הירוקה" של כדור הארץ, פולטים כמות גדולה של חמצן בזכות הקרינה החזקה וכמויות המים הגדולות לאורך כל השנה.
כמובן שהדבר תלוי גם בסוג הצמח וביחס שבין החלקים הירוקים התורמים לייצור החמצן לבין השורשים והגזע שמשתתפים רק בתהליך הנשימה התאית. עצים העומדים בשלכת במהלך החורף אינם מבצעים פוטוסינתזה וכל עונת החורף צורכים חמצן בכמות העולה על הכמות המיוצרת.
אם נחשוב שוב על הנאמר בפסקה הראשונה נבין שהפחמן הנצרך כמקור אנרגיה בנשימה התאית, מנצל חזרה את אחוז החמצן שנפלט ביצירתו. שאר הפחמן המקובע, המשמש לגדילה והתחדשות, אינו "משתמש" בחמצן שנוצר בתהליך הפוטוסינתזה ונפלט לאוויר. לכן, צמח הנמצא בתהליך של צמיחה והתחדשות פולט חמצן ואילו צמח "רדום" (למשל בשלכת) פולט פחות חמצן. החמצן ה"עודף" יפלט מן הצמח ויהיה זמין לבעלי החיים הנושמים אותו ומשתמשים בו לפירוק המזון והפקת אנרגיה בתהליך הנשימה התאית. בעצם בעלי החיים זקוקים לצמחים גם להשגת מקור פחמן (המזון שלנו) וגם לשמירה על אחוז החמצן באוויר.
מאת: בת-חן יחזקאל
המחלקה לכימיה ביולוגית
מאת: ינון יחזקאל
המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגייה
מכון ויצמן למדע
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
