Waarom zijn planten groen?

Model identificeert hoe organisme zich beschermt tegen zonne-energie

25-06-2020 | 11:26

Tot nu toe lukte het wetenschappers niet te identificeren hoe fotosynthetische organismen zich beschermen tegen de effecten van de enorme variaties in zonne-energie. Een internationaal team van onderzoekers heeft nu een model geformuleerd dat een algemene eigenschap reproduceert van light harvesting (licht oogsten), zoals waargenomen voor vele fotosynthetische organismen. Het onderzoek is 25 juni gepubliceerd in Science.

Zonlicht dat valt op een blad verandert snel van kleur en van intensiteit en planten moeten zichzelf beschermen tegen de effecten van de enorme variaties in zonne-energie. Fotosynthetische organismen, variërend van planten tot algen en bacteriën, hebben een scala aan tactieken ontwikkeld om hier mee om te gaan. ‘Light harvesting’ is het verzamelen van zonne-energie door eiwitgebonden chlorofylmoleculen. Tijdens de fotosynthese, het proces dat groene planten en andere fotosynthetisch organismen gebruiken om met behulp van zonne-energie voedingsstoffen te maken uit koolstofdioxide en water, begint het oogsten van de noodzakelijke zonne-energie met de absorptie van zonlicht.

Twee kleuren
Betrokken VU-biofysicus Rienk van Grondelle, die fotosynthetische complexen met behulp van ultrasnelle laser spectroscopie bestudeert, over het model: “Het model laat zien dat indien twee tamelijk specifieke kleuren geabsorbeerd kunnen worden, fotosynthetische organismen zich automatisch beschermen tegen grote schommelingen, of wel ‘ruis’ in de aangeboden zonne-energie, met als resultaat een zeer stabiele omzetting van zonne-energie in producten. Groene planten zijn groen, rode bacteriën zijn rood omdat slechts specifiek delen van het lichtspectrum van de zon dat zij absorberen in staat zijn hen te beschermen tegen de grote fluctuaties in het aangeboden zonlicht.”

Het model identificeerde een algemene en fundamentele eigenschap van fotosynthetisch light harvesting. De onderzoekers kunnen vrij precies het energieverschil aanwijzen tussen de twee kleuren die de optimale output geven. Een eigenschap die ook gebruikt kan worden om de werking van mens-gemaakte zonnecellen te optimaliseren. Fotosynthetische organismen beschikken over vele mechanismen om schade aan het fotosynthetisch apparaat te voorkomen. Het voorkomen van overbelichting is een essentiële stap in de succesvolle productie van energie en dit principe is gebruikt voor de ontwikkeling van het model.

Samenwerking
Het onderzoeksteam werd geleid door de natuurkundige Nathaniel Gabor van de University of California, Riverside (UCR) en ondersteund door de biofysicus Rienk van Grondelle, Vrije Universiteit Amsterdam (VU) en de biochemicus Richard Cogdell, University of Glasgow, UK (UGUK). Het artikel “Quieting a noisy antenna reproduces photosynthetic light harvesting spectra” is hier in te zien.