حماية ضوئية

الحماية الضوئية في البشر

من جانب آخر، 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، ما يعني أن أقل من 0.1% من جزيئات الميلانين المثارة ستخضع للتفاعلات الكيميائية الضارة أو تنتج جذورًا كيميائية حرة.

من جهة ثانية، تطورت آلية الحماية الضوئية هذه قبل أربعة مليارات عام في الحمض النووي، 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.

ومن ناحية أخرى، تتحقق الحماية الضوئية للجلد البشري من خلال التحويل الداخلي الفعال للحمض النووي والبروتينات والميلانين، والذي هو عبارة عن عملية كيميائية ضوئية تحول طاقة فوتون الأشعة فوق البنفسجية إلى كميات صغيرة غير ضارة من الحرارة. يؤدي عدم تحول طاقة فوتون الأشعة فوق البنفسجية إلى حرارة إلى توليد الجذور الكيميائية الحرة أو غيرها من الأنواع الكيميائية التفاعلية الضارة.

الميلانين الاصطناعي

من جانب آخر، تزعم صناعة مستحضرات التجميل أن مرشح الأشعة فوق البنفسجية يعمل بصفته «ميلانين صناعيًا»، لكن هذه المواد الاصطناعية المستعملة في الواقيات الشمسية لا تبدد طاقة فوتون الأشعة فوق البنفسجية بكفاءة وعلى شكل حرارة، بل تمتلك بدلًا من ذلك حالة مثارة طويلة الأمد. تُستعمل المواد التي تدخل في تركيب واقيات الشمس في الغالب باعتبارها أداة للتحسيس الضوئي في التفاعلات الكيميائية.

الحماية الضوئية في النباتات

وعلى صعيد آخر، يعد التصبغ أحد الطرق التي تستعملها مجموعة متنوعة من النباتات باعتباره شكلًا من أشكال الحماية الضوئية، فمثلًا، يمكن العثور في القارة القطبية الجنوبية على الطحالب الأصلية ذات اللون الأخضر مظللة بشكل طبيعي بالصخور أو غيرها من الحواجز المادية، بينما نجد على الأرجح الطحالب الحمراء من نفس النوع في المناطق المكشوفة للشمس والرياح، ويرجع هذا الاختلاف اللوني إلى شدة الضوء.

من جانب آخر، 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.

إضافةً إلى ذلك، تنتج النباتات مجموعة متنوعة من المستقلبات الثانوية المفيدة لبقائها وحمايتها من الضوء الزائد، وتُستعمل هذه المستقلبات الثانوية التي توفر الحماية للنبات في صناعة واقيات الشمس البشرية والأدوية التي تُعتبر من مكملات الحماية المتأصلة الموجودة في جلد البشر. يُستعمل الكثير من الأصباغ والمركبات المختلفة المستخرجة من النباتات للحماية الضوئية من الأشعة فوق البنفسجية.

من جانب آخر، تستعمل النباتات الكثير من الطرق للحد من الضرر الناجم عن الزيادة في كمية الضوء، لكي تحمي نفسها على أفضل وجه، إذ تستعمل 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.

وفي هذا السياق، يمكن للنباتات الاستجابة بشكل مختلف لتركيزات وكثافات مختلفة للضوء، ولذلك من الضروري فهم السبب وراء أهمية هذه التفاعلات، فقد أصبح الكثير من النباتات أكثر عرضة للأضرار الخفيفة إثر الارتفاع المطرد في درجات الحرارة خلال السنوات الأخيرة. يؤثر الكثير 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.