حماية ضوئية: الفرق بين النسختين

تمتلك البكتريا الزرقاء عددًا من الاستراتيجيات الفريدة للحماية الضوئية التي لم يُعثر عليها في النباتات أو في [[طحالب|الطحالب]]،<ref name="Bailey">{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Bailey S, Grossman A|titleعنوان=Photoprotection in cyanobacteria: regulation of light harvesting|journalصحيفة=Photochemistry and Photobiology|volumeالمجلد=84|issueالعدد=6|pagesصفحات=1410–20|yearسنة=2008|pmid=19067963|doi=10.1111/j.1751-1097.2008.00453.x}}</ref> فعلى سبيل المثال، يوجد لدى معظم البكتريا الزرقاء بروتين كاروتينويد البرتقالي، الذي يعمل بصفته شكلًا جديدًا من التحويل غير الكيميائي للضوء.<ref name="Kirilovsky">{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Kirilovsky D, Kerfeld CA|titleعنوان=The Orange Carotenoid Protein: a blue-green light photoactive protein|journalصحيفة=Photochemical & Photobiological Sciences|volumeالمجلد=12|issueالعدد=7|pagesصفحات=1135–43|dateتاريخ=July 2013|pmid=23396391|doi=10.1039/C3PP25406B}}</ref> توجد استراتيجية فريدة أخرى، وإن كانت لا تزال غير مفهومة بشل جيد، تُدعى استراتيجية البكتريا الزرقاء، والتي تشمل «البروتين أ المستحث من التجويع الحديدي» المرتبط باليخضور، والذي يمكن أن يتجمع مع الكاروتينويد ليشكل الاثنان حلقات حول مجمعات مركز تفاعل النظام الضوئي الأول للمساعدة في تبديد الطاقة الضوئية.<ref name="Bereravan Stokkum2009">{{citeاستشهاد بدورية journalمحكمة|vauthors=Berera R, van Stokkum IH, d'Haene S, Kennis JT, van Grondelle R, Dekker JP|titleعنوان=A mechanism of energy dissipation in cyanobacteria|journalصحيفة=Biophysical Journal|volumeالمجلد=96|issueالعدد=6|pagesصفحات=2261–7|dateتاريخ=March 2009|pmid=19289052|pmc=2717300|doi=10.1016/j.bpj.2008.12.3905|bibcode=2009BpJ....96.2261B}}</ref>

يُعرف على نطاق واسع أن النباتات تحتاج الضوء من أجل البقاء حية وللنمو والتكاثر، وكثيرًا ما يُفترض أن المزيد من الضوء هو أمر مفيد دائمًا، لكن الكمية الزائدة من الضوء قد تكون ضارة في الواقع لبعض أنواع النباتات. كما تحتاج الحيوانات توازنًا جيدًا من الموارد، تحتاج النباتات في المقابل توازنًا محددًا من كثافة الضوء والطول الموجي لتحقيق النمو الأمثل (يمكن أن يختلف ذلك من نبات إلى آخر). يعتبر تحسين عملية التركيب الضوئي أمرًا أساسيًا للبقاء على قيد الحياة وذلك عندما تكون الظروف البيئية مثالية، وللتأقلم عندما تكون الظروف البيئية قاسية. يتفاعل النبات لتخفيف التأثيرات الضارة للضوء الزائد عند تعرضه لشدة الضوء العالية.<ref>{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Galvão VC, Fankhauser C|titleعنوان=Sensing the light environment in plants: photoreceptors and early signaling steps|journalصحيفة=Current Opinion in Neurobiology|volumeالمجلد=34|pagesصفحات=46–53|dateتاريخ=October 2015|pmid=25638281|doi=10.1016/j.conb.2015.01.013|urlمسار=https://serval.unil.ch/resource/serval:BIB_C4640B8B0179.P001/REF.pdf| مسار الأرشيفأرشيف = https://web.archive.org/web/20200111024730/https://serval.unil.ch/resource/serval:BIB_C4640B8B0179.P001/REF.pdf | تاريخ الأرشيفأرشيف = 11 يناير 2020 }}</ref>

تستخدم النباتات العديد من الطرق للحد من الضرر الناجم عن الزيادة في كمية الضوء، لكي تحمي نفسها على أفضل وجه، إذ تستخدم مجموعة متنوعة من المستقبلات الضوئية لاكتشاف شدة الضوء واتجاهه ومدته. تمتلك بعض المستقبلات الضوئية التي تستجيب للضوء الزائد، القدرة على نقل البلاستيدات الخضراء الموجودة ضمن الخلية إلى أبعد مكان عن مصدر الضوء، وبالتالي تقليل الضرر الذي يسببه الضوء الزائد. وبشكل مشابه، يمكن للنباتات إنتاج إنزيمات ضرورية للحماية الضوئية مثل تخليق الأنثوسيانين، كما تعتبر النباتات التي تعاني من نقص في إنزيمات الحماية الضوئية أكثر حساسية للضرر الضوئي من تلك التي تمتلك إنزيمات الحماية الضوئية.<ref>{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Zheng XT, Chen YL, Zhang XH, Cai ML, Yu ZC, Peng CL|titleعنوان=ANS-deficient Arabidopsis is sensitive to high light due to impaired anthocyanin photoprotection|journalصحيفة=Functional Plant Biology|dateتاريخ=April 2019|pmid=31023420|doi=10.1071/FP19042}}</ref>

تنتج النباتات مجموعة متنوعة من المستقلبات الثانوية المفيدة لبقائها وحمايتها من الضوء الزائد، وتُستخدم هذه المستقلبات الثانوية التي توفر الحماية للنبات في صناعة واقيات الشمس البشرية والأدوية التي تُعتبر من مكملات الحماية المتأصلة الموجودة في جلد البشر. يُستخدم العديد من الأصباغ والمركبات المختلفة المستخرجة من النباتات للحماية الضوئية من [[الأشعة فوق البنفسجية]].<ref name=":0">{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Waterman MJ, Bramley-Alves J, Miller RE, Keller PA, Robinson SA|titleعنوان=Photoprotection enhanced by red cell wall pigments in three East Antarctic mosses|journalصحيفة=Biological Research|volumeالمجلد=51|issueالعدد=1|pagesصفحات=49|dateتاريخ=November 2018|pmid=30463628|pmc=6247747|doi=10.1186/s40659-018-0196-1}}</ref>

يمكن للنباتات الاستجابة بشكل مختلف لتركيزات وكثافات مختلفة للضوء، ولذلك من الضروري فهم السبب وراء أهمية هذه التفاعلات، فقد أصبح العديد من النباتات أكثر عرضة للأضرار الخفيفة إثر الارتفاع المطرد في درجات الحرارة خلال السنوات الأخيرة. يؤثر العديد من العوامل، بما فيها غنى التربة بالمواد الغذائية وتقلب درجات الحرارة المحيطة وتوافر المياه، على عملية الحماية الضوئية في النبات، وأظهرت النباتات المعرضة لكثافة عالية من الضوء مع نقص في المياه، استجابة كبيرة للحماية الضوئية، وعلى الرغم من عدم فهم عملية الحماية الضوئية بشكل كامل حتى الآن، فإنها تعد وظيفة أساسية بالنسبة للنباتات.<ref>{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Munné-Bosch S, Cela J|titleعنوان=Effects of water deficit on photosystem II photochemistry and photoprotection during acclimation of lyreleaf sage (Salvia lyrata L.) plants to high light|journalصحيفة=Journal of Photochemistry and Photobiology. B, Biology|volumeالمجلد=85|issueالعدد=3|pagesصفحات=191–7|dateتاريخ=December 2006|pmid=16962788|doi=10.1016/j.jphotobiol.2006.07.007}}</ref>

تطورت آلية الحماية الضوئية هذه قبل أربعة مليارات عام في [[حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين|الحمض النووي]]،<ref name="DNA_IC">{{استشهاد ويب|الأول=Bern|الأخير=Kohler|name-list-format=vanc|مسار=httphttps://www.chemistry.ohio-state.edu/~kohler/dna.html|مسار أرشيف=https://web.archive.org/web/20110720083020/https://www.chemistry.ohio-state.edu/~kohler/dna.html|تاريخ أرشيف=20 July 2011|url-status=dead|عنوان=Ultrafast internal conversion of DNA|تاريخ الوصول=2008-02-13|عمل=Department of Chemistry, The Ohio State University}}</ref> وكان الغرض منها هو منع التلف المباشر وغير المباشر للحمض النووي. يقلل التحويل الداخلي فائق السرعة للحمض النووي من عمر حالة الإثارة لديه إلى عدد قليل فقط من الفمتوثانية (10-15 ثانية)، وبهذه الطريقة لا يمتلك الحمض النووي المثار وقتًا كافيًا للتفاعل مع جزيئات أخرى.

تطورت هذه الآلية لدى الميلانين لاحقًا خلال عملية التطور، إذ يعتبر الميلانين مادة ضوئية فعالة تعمل على تبديد أكثر من 99.9% من الأشعة فوق البنفسجية الممتصة على شكل حرارة،<ref name="Meredith">{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة|vauthors=Meredith P, Riesz J|titleعنوان=Radiative relaxation quantum yields for synthetic eumelanin|journalصحيفة=Photochemistry and Photobiology|volumeالمجلد=79|issueالعدد=2|pagesصفحات=211–6|dateتاريخ=February 2004|pmid=15068035|doi=10.1111/j.1751-1097.2004.tb00012.x|arxiv=cond-mat/0312277}}</ref> ما يعني أن أقل من 0.1% من جزيئات الميلانين المثارة ستخضع للتفاعلات الكيميائية الضارة أو تنتج جذورًا كيميائية حرة.