تصنع النباتات غذاءها بنفسها. فهي تستخدم ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج السكريات والأكسجين. تُعرف هذه العملية باسم البناء الضوئي، وهي أساس معظم أشكال الحياة على الأرض. تحدث هذه العملية في البلاستيدات الخضراء، وهي تراكيب دقيقة داخل خلايا النبات تحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء. يمتص الكلوروفيل ضوء الشمس، وخاصةً في نطاقي اللونين الأزرق والأحمر من الطيف. تعمل الطاقة المُمتصة على تحليل جزيئات الماء، مُطلقةً الأكسجين كناتج ثانوي. ثم يُستخدم الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون الناتجين لبناء الجلوكوز.

تتألف عملية البناء الضوئي من مرحلتين رئيسيتين. في المرحلة الأولى، تستخلص التفاعلات الضوئية الطاقة من ضوء الشمس وتنتج جزيئات ATP وNADPH. ثم تستخدم دورة كالفن هذه الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات. المعادلة العامة بسيطة: ست جزيئات من ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى ست جزيئات من الماء تُنتج جزيء واحد من الجلوكوز وست جزيئات من الأكسجين. في الواقع، تتضمن هذه العملية عشرات الإنزيمات والمركبات الوسيطة. لا تتسم عملية البناء الضوئي بالكفاءة الكاملة، إذ لا تُحوّل النباتات سوى جزء ضئيل من ضوء الشمس الذي تتلقاه إلى طاقة كيميائية. ولهذا السبب، تحتاج النظم البيئية إلى كميات هائلة من ضوء الشمس لدعم هذا التنوع الكبير من الحياة.

المدخلات والمخرجات

• المدخلات: ضوء الشمس، الماء، ثاني أكسيد الكربون.
• المخرجات: الجلوكوز، الأكسجين.
• الموقع: البلاستيدات الخضراء في الخلايا النباتية.
• الصبغة: الكلوروفيل، الذي يمتص الضوء.

تُعدّ عمليتا البناء الضوئي والتنفس متلازمتين. تُنتج النباتات الأكسجين والجلوكوز، وتستهلكهما الحيوانات وتُطلق ثاني أكسيد الكربون. تُحافظ هذه الدورة على الغلاف الجوي قابلاً للتنفس.