Geheim van chlorofyl gekraakt

Share Button

In een opmerkelijke ontdekking slaagde een groep onderzoekers er in om de lichtkleur die chlorofyl absorbeert, uit te breiden tot golflengtes die nog buiten bereik lagen. Zelfs nabij-infrarood licht kan nu door fotosynthese gebruikt worden. Kan hiermee de effectiviteit van fotosynthese, en dus de landbouwproductie, verdubbeld worden?

Het zonnespectrum. Planten gebruiken hier ongeveer de helft van. Bron: Wikimedia Commons

Het zonnespectrum. Planten gebruiken hier ongeveer de helft van. Bron: Wikimedia Commons

Meer dan de helft van het zonlicht  voor planten nutteloos
Alle leven op aarde, enkele spaarzame wormen rond hete diepzeebronnen en rotsbacteriën uitgezonderd, hangt af van fotosynthese, het proces in planten dat zonlicht, water en kooldioxide omzet in glucose (het beginpunt van alle organische stoffen) en zuurstof. De aarde is bedekt met een groene deken plantengroei, de zee met algen en cyanobacteriën. De fotosynthese zoals deze in planten plaatsvindt, benut het grootste deel van het licht echter niet. Plantenbladeren zijn niet zwart, maar groen. Dat komt, omdat chlorofyl groen licht niet absorbeert.  In feite treft dit lot meer dan de helft van alle straling in het zichtbare-licht deel van het spectrum (dat loopt van 400 nm, violet, tot 700 nanometer, rood). Doorzichtige zonnecellen die alleen groen licht absorberen, zouden in feite de plantengroei vrijwel niet hinderen. Planten proberen met behulp van carotenoïden, u weet wel, waar ons lichaam vitamine A van maakt, toch nog wat lichtenergie in dit gebied te vangen, maar ook dit lapmiddel werkt niet echt bevredigend.

Het nieuw ontwikkelde chlorofylmolecuul sluit het gat tussen 'normaal' chlorofyl en  bacteriochlorines, die rond 800 nm maximaal absorberen. Bron: 1.

Het nieuw ontwikkelde chlorofylmolecuul sluit het gat tussen ‘normaal’ chlorofyl en bacteriochlorines, die rond 800 nm maximaal absorberen. Bron: 1.

Moleculaire springveer
Willen we dit verbeteren, dan moeten we aan het chlorofylmolecuul zelf knutselen. Licht is een trilling en chlorofyl komt in resonantie bij bepaalde golflengten. Bij chlorofyl a bijvoorbeeld rond 680 nanometer en chlorofyl b rond de 480 nm: niet toevallig de golflengte van geel licht en de golflengte waarop de stralingspiek van de zon ligt. Het verschil tussen chlorofyl a en chlorofyl b zijn de atoomgroepjes die aan deze moleculen hangen. Hoe logger deze zijn, hoe lager de de resonantiefrequentie van het chlorofylmolecuul en daarmee: hoe langer de golflengte van licht dat wordt geabsorbeerd.

De onderzoekers bereikten zelfs een ongelofelijke 900 nanometer warmtestralingsabsorptie.

De onderzoekers bereikten zelfs een ongelofelijke 900 nanometer warmtestralingsabsorptie. Bron: 2.

Dit is precies wat de onderzoeksgroep heeft gedaan. Door middel van uitgekiende toevoegingen van atoomgroepen aan het chlorofylmolecuul, slaagden ze erin de kloof te dichten tussen diverse groepen bacteriochlorines en ook het golflengtebereik ver uit te breiden, tot zelfs in het infrarood. Je leest het goed: door deze ontdekking kan zelfs kortgolvige warmtestraling voor fotosynthese worden gebruikt. Dit is straling die veel door een rode dwergster wordt afgegeven. Wanneer we interstellaire ruimtevaart ontwikkeld hebben en we op bezoek kunnen bij de nabije rode dwergsterren, bijvoorbeeld deze dwergster met planeten, dan hebben we voor de kolonisten nu in ieder geval alvast een bruikbaar chlorofylpigment voor hun gewassen ontwikkeld. Omdat het hier om bacterieel chlorofyl gaat, is toepassing in planten niet vanzelfsprekend, maar ook hier geldt dat het de gewasopbrengst sterk zou kunnen vergroten, zeker door de benutting van nabij-infrarood straling.

Bronnen

  1. Kaitlyn M. Faries et al., Photophysical Properties and Electronic Structure of Chlorin-Imides: Bridging the Gap between Chlorins and Bacteriochlorins. The Journal of Physical Chemistry B, 2015; 150114100627003 DOI: 10.1021/jp511257w
  2. Pothiappan Vairaprakash et al., Extending the Short and Long Wavelength Limits of Bacteriochlorin Near-Infrared Absorption via Dioxo- and Bisimide-Functionalization. The Journal of Physical Chemistry B, 2015; 119 (12): 4382 DOI: 10.1021/jp512818g
Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

4 reacties

  1. moerstaal schreef:

    Miljarden jaren evolutie heeft zeer geavanceerde beesten als bijv. een vlieg tot stand gebracht.
    Moet je onze drones eens zien. Ze mochten willen dat ze zelf replicerende minidrones konden bouwen, initieel dan en die hetzelfde kunnen als een vlieg…
    Wishfull thinking. Het is er allemaal al.
    Alleen kunstmatige intelligentie kon weleens voor verrassingen zorgen, ook wel technologische singulariteit geheten. Wij zullen de uitkomst pas weten als die uitkomt… ;-)
    Om terug te komen op de vraag waarom er geen zwarte plant is.
    Waarschijnlijk is dit niet de juiste vraag.
    Je moet het wellicht omdraaien.
    Wat is het pigment welke makkelijk en met weinig energie te maken is en tevens niet teveel warmte uitstraalt…
    Miljarden jaren evolutie heeft waarschijnlijk een oplossing gevonden welke wij nog niet doorgronden… Wij zien vanuit ons technologisch kader een gat waar het juist een oplossing of beter gezegd een optimalisatie betreft…
    Leest u hier verder:
    http://www.scienceforums.net/topic/62561-why-arent-plants-black/

  2. Caesar Lion Cachet schreef:

    LS…

    En zo blijft de onvolwassen destructieve mens maar door knutselen ( knoeien) en trekt alles uit het natuurlijke verband hetgeen alleen maar chaos oplevert… Niet in staat om de problemen in de tropische landen op te lossen dan maar verder knoeien aan nutteloze zaken die vroeg of laat weer onherstelbare schade aanrichten.

  3. antares schreef:

    De mens is een onafscheidelijk deel van de natuur hier op aarde, (tot we de ruimte ingaan) en maakt als intelligente soort nu bewust haar eigen evolutionaire voordelen aan. E.e.a. ligt gewoon in het logisch verlengde van de ontwikkeling van onze soort, daar waar het de toepassing van wetenschap betreft. Een stevig compliment aan het adres van de ontwikkelaars hiervan. Denk dat we hierdoor veel minder onkruid bestrijdingsmiddelen nodig hebben. Dit doordat de op deze manier qua ingebouwde groeimogelijkheden aangepaste beplanting, automatisch in het voordeel is ten opzichte van onkruid. Doordat de aangepaste gewassen efficiënter en dus sneller groeien, overwoekeren deze juist de ongewenste soorten. Deze laatst genoemden baden daardoor constant in groen licht, wat zo zonder chemische of mechanische methoden voor een groeiachterstand zorgt.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger