Forskare har undersökt fotosyntesen i många år, men exakt hur den går till har inte gått att observera. Nu visar forskning från Lunds universitet hur alla steg i fotosyntesen hos en levande organism ser ut.
Nästan allt liv på jorden är beroende av fotosyntes, det vill säga den process som gör att växter, alger och vissa bakterier absorberar solens ljus och sedan omvandlar solenergin till kemisk energi. Processen har studerats under ett helt sekel i forskarvärlden, och därför är de grundläggande principerna för fotosyntesen ganska väl förstådda.
– Men exakt vad som händer direkt efter att solljuset absorberas har däremot hittills varit svårt att studera i detalj, säger Donatas Zigmantas, kemiprofessor vid Lunds universitet.
Forskarna på Lunds universitet har utvecklat en ny spektroskopisk metod som kan hantera de tidigare tekniska utmaningarna med att undersöka fotosyntesen. Spektroskop används bland annat för att undersöka ljus. Med hjälp av den nya metoden har forskarna nu lyckats studera samtliga steg i fotosyntesen genom att på detaljnivå följa processens förlopp hos levande purpurbakterier när dessa fotosyntetiserar.
Forskarna har därmed kunnat undersöka hur ljusenergin rör sig steg för steg genom fotosyntesens olika moment, från själva absorptionen av solljus via den molekylära antennen till det reaktionscentrum där den infångade solenergin omvandlas till kemisk energi.
– Detta har aldrig tidigare kunnat observeras, säger Donatas Zigmantas.
Ett effektivt samarbete mellan olika delar
Studien visar också hur effektivt de olika delarna i processen arbetar. Donatas Zigmantas konstaterar att fotosyntes är en robust process som har utvecklats under miljarder år.
– De första stegen i fotosyntesen sker ofta med en kvanteffektivitet nära 100 procent, säger han.
Kvanteffektivitet syftar i princip till att varje ljuspartikel från solens strålar (alltså varje foton) lyckas omvandlas till en elektron i systemet. Han påpekar dock att denna höga kvanteffektivitet bara präglar processens början, alltså under själva ljusabsorptionen.
Sett över hela händelsekedjan i fotosyntesen landar den sammantagna effektiviteten på en nivå som ligger långt under de bästa solcellerna på marknaden i dagsläget. Sådana solceller har en verkningsgrad på drygt 25 procent, jämfört med fotosyntesens kanske cirka 4 procent.
Det intressanta med naturens egen fotosyntes är att den är väldigt robust och självreparerande, menar Donatas Zigmantas. Processen är inte känslig för yttre förändringar och ofta kan den dessutom laga sig själv om något skulle gå sönder.
– Genom att förstå hur naturen samlar in och omvandlar solenergi kan vi få viktig kunskap som kan användas för att utveckla bättre och mer robusta solceller och andra tekniker för att utnyttja solens energi, säger Donatas Zigmantas.
Vetenskaplig artikel:
Charting light harvesting in purple bacteria in vivo, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
