Forskare avslöjar fotosyntesens hemligheter
Nu har forskare från Lunds universitet för första gången lyckats visa samtliga steg i fotosyntesen hos en levande organism. Den nya studien sätter ljuset på den extremt höga effektivitet som råder i fotosyntesens första moment.
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 denna solenergi till kemisk energi. Processen har studerats under ett helt sekel i forskarvärlden, och därmed 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.
Tillsammans med sina kollegor har Donatas Zigmantas därför utvecklat en ny spektroskopisk metod som kan hantera de tidigare tekniska utmaningar som uppstått vid denna typ av undersökning. 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, det vill säga från själva absorptionen av solljus via den molekylära antennen och sedan vidare till det reaktionscentrum där den infångade solenergin omvandlas till kemisk energi.
– Detta har aldrig tidigare kunnat observeras, säger Donatas Zigmantas.
Den aktuella studien visar inte bara för första gången hela fotosynteskedjan i en levande organism utan avslöjar också hur effektivt de olika delarna i processen samarbetar. 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.
Med kvanteffektivitet menas här att i princip varje ljuspartikel från solens strålar, alltså varje foton, lyckas omvandlas till en elektron i systemet. Han påpekar dock att denna höga kvanteffektivitet enbart präglar processens inledning, 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 dels inte känslig för yttre förändringar, dels kan den ofta laga sig själv om något skulle gå i 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.
Forskningsstudien har gjorts på kemiska institutionen vid Lunds universitet i samarbete med forskare i Storbritannien och Kanada.
Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS): Charting light harvesting in purple bacteria in vivo
För mer information, kontakta:
Donatas Zigmantas, professor
Kemiska institutionen, Lunds universitet
046 222 47 39
Lena Björk Blixt, presskommunikatör
Naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
0709 79 79 70
lena.bjork_blixt@science.lu.se