Wyjaśnienie: w jaki sposób rośliny rozpraszają nadmiar światła słonecznego w postaci ciepła

Po raz pierwszy naukowcy z MIT, University of Pavia i University of Verona bezpośrednio zaobserwowali jeden z możliwych mechanizmów rozpraszania przez rośliny dodatkowego światła słonecznego.

Wcześniejsze badania wykazały, że rośliny szybko przystosowują się do zmian natężenia światła słonecznego. Nawet w bardzo słonecznych warunkach tylko 30 procent dostępnego światła słonecznego jest przekształcane w cukier, a reszta jest uwalniana w postaci ciepła. (Zdjęcie pliku)

Fotosynteza to proces podtrzymujący życie, w którym rośliny gromadzą energię słoneczną w postaci cząsteczek cukru. Jednak nadmiar światła słonecznego może prowadzić do odwodnienia i uszkodzenia liści. Aby zapobiec takim uszkodzeniom, rośliny rozpraszają dodatkowe światło w postaci ciepła. Chociaż było to wiadome, w ciągu ostatnich kilku dekad toczyła się debata na temat tego, w jaki sposób rośliny faktycznie to robią.

Teraz po raz pierwszy naukowcy z MIT, University of Pavia i University of Verona bezpośrednio zaobserwowali jeden z możliwych mechanizmów rozpraszania przez rośliny dodatkowego światła słonecznego.

Opublikowane we wtorek w recenzowanym czasopiśmie Nature Communications, nowe badania były w stanie określić – za pomocą bardzo czułej spektroskopii – że nadmiar energii jest przenoszony z pigmentu chlorofilu, który nadaje liściom ich zielony kolor, na inne pigmenty zwane karotenoidami. Karotenoidy następnie uwalniają energię w postaci ciepła.

Podczas fotosyntezy kompleksy zbierające światło odgrywają dwie pozornie sprzeczne role. Pochłaniają energię, aby napędzać rozszczepianie wody i fotosyntezę, ale jednocześnie, gdy energii jest zbyt dużo, muszą również być w stanie się jej pozbyć – mówi Gabriela Schlau-Cohen, Thomas D. i Virginia W. Cabot. Rozwój kariery adiunkt chemii na MIT.

Ekspresowe wyjaśnienie jest teraz dostępne w Telegramie. Kliknij tutaj, aby dołączyć do naszego kanału (@ieexplained) i bądź na bieżąco z najnowszymi

Wcześniejsze badania wykazały, że rośliny szybko przystosowują się do zmian natężenia światła słonecznego. Nawet w bardzo słonecznych warunkach tylko 30 procent dostępnego światła słonecznego jest przekształcane w cukier, a reszta jest uwalniana w postaci ciepła. Nadmiar energii, jeśli nie zostanie uwolniony, prowadzi do powstania wolnych rodników, które mogą uszkadzać białka i inne ważne cząsteczki komórkowe.

Do tej pory trudno było zaobserwować zjawisko rozpraszania ciepła, biorąc pod uwagę, że występuje ono w bardzo szybkiej skali czasowej, w femtosekundach lub biliardowych częściach sekundy. Ponadto transfer energii odbywa się w szerokim zakresie poziomów energii.

Następnie w 2017 roku naukowcy z MIT opracowali modyfikację femtosekundowej techniki spektroskopowej, która pozwoliła im na obserwacje w szerszym zakresie poziomów energii – od światła czerwonego do światła niebieskiego. Korzystając z nowej techniki, naukowcy mogli zaobserwować, że chlorofile pochłaniają światło czerwone, a karotenoidy światło niebieskie i zielone, dzięki czemu są w stanie monitorować transfer energii.

Schlau-Cohen wyjaśnił: Poszerzając pasmo spektralne, mogliśmy przyjrzeć się powiązaniu między zakresem niebieskim i czerwonym, co pozwoliło nam odwzorować zmiany poziomu energii. Możesz zobaczyć, jak energia przechodzi z jednego wzbudzonego stanu do drugiego.

Gdy karotenoidy przyjmą nadmiar energii, większość z nich jest uwalniana w postaci ciepła, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniom komórek.

Podziel Się Z Przyjaciółmi: