Forscher haben eine entdeckt neue Art der Photosynthese Das sollte die Lehrbücher neu schreiben und die Art und Weise verändern, wie wir nach außerirdischem Leben suchen.

Diese Entdeckung verändert unser grundlegendes Verständnis der Photosynthese.

„Es zeigt, dass der energieintensive Prozess der sauerstoffhaltigen Photosynthese mit weniger Energie funktionieren kann“, sagte er Bill Rutherford, Professor am Department of Life Sciences des Imperial College London und Hauptautor der Studie.

Der Artikel, der die Entdeckung beschreibt, wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

Die Entdeckung

Die ursprüngliche Art der Photosynthese, die junge Schüler im Biologieunterricht kennenlernen, nutzt Chlorophyll-a, um Sonnenlicht zu sammeln und so Nahrung und Sauerstoff zu erzeugen.

Bisher ging man davon aus, dass dieser Prozess ausschließlich durch sichtbares rotes Licht angetrieben wird, da Chlorophyll-a nur Energie aus rotem Licht für die Photosynthese absorbieren kann.  

Das Forscherteam hat jedoch herausgefunden, dass es eine Art Photosynthese gibt, die Licht aus dem Infrarotspektrum nutzen kann.

Die neue Form der Photosynthese wurde in Cyanobakterien, Blaualgen, nachgewiesen, die in schattigen Regionen wie Bakterienmatten im Yellowstone-Nationalpark und in Strandfelsen in Australien wachsen.  

Die Forscher haben jedoch herausgefunden, dass die Photosynthese mit Infrarotlicht auch in einem Laborschrank stattfinden kann.

„Die neue Form der Photosynthese hat uns dazu gebracht, zu überdenken, was wir für möglich gehalten haben“, sagte Rutherford in einer Erklärung. „Es verändert auch unser Verständnis der Schlüsselereignisse im Herzen der Standard-Photosynthese. Das ist lehrbuchveränderndes Zeug.“

Photosynthese jenseits der „roten Grenze“

Da Chlorophyll-A in allen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien vorkommt, gehen Wissenschaftler seit langem davon aus, dass es eine „rote Grenze“ gibt.

Die „rote Grenze“ ist die Mindestenergiemenge, die Pflanzen benötigen, um Sauerstoff zu produzieren. Es beruht auf der ursprünglichen Annahme, dass Photosynthese nur mit sichtbarem rotem Licht stattfinden kann.  

Wenn einige Cyanobakterien unter Nahinfrarotlicht wachsen, schaltet sich Chlorophyll-a ab und es entstehen Systeme, die Chlorophyll-f enthalten.

Lange glaubte man, dass Chlorophyll-f einfach Licht sammeln kann, doch die neue Forschung zeigt, dass es eine große Rolle bei der Photosynthese im Schatten spielt.

„Chlorophyll-f spielt in beiden lichtaktiven Enzymen der Photosynthese die Schlüsselrolle bei der Umwandlung von Licht in chemische Energie“, sagte Rutherford.

Suche nach außerirdischem Leben

Astrobiologen nutzen die „rote Grenze“, um abzuschätzen, ob sich Leben auf Planeten in anderen Sonnensystemen entwickelt haben könnte.

Diese Entdeckung verändert das Verständnis darüber, wie viel Energie für die Photosynthese benötigt wird, und verändert damit, was Astrobiologen für den Energiebedarf des Lebens halten.

„Die Entwicklung des vielzelligen Lebens auf der Erde erforderte Sauerstoff für die effiziente Nutzung biologischer Energiequellen“, sagte Rutherford. „Die Photosynthese bringt Sauerstoff mithilfe der Energie des Lichts in die Atmosphäre und die Biosphäre. Wir gehen davon aus, dass die Energiebeschränkungen für die Wasseroxidation auf anderen Welten dieselben sein werden.“

Die Forscher vermuten, dass langwelliges Licht, das von Chlorophyll-f verwendet wird, diese Energiegrenze darstellen könnte.

„Planeten mit komplexem Leben benötigen ausreichend Licht mit der richtigen Energie, und das ist eines der Kriterien, nach denen die Astrobiologen suchen“, sagte Rutherford. „Unsere Arbeit verfeinert die Grenzen, und diese kleine Anpassung des Denkens sollte für die Suche nach komplexem Leben nützlich sein.“

Zukünftige Anwendungen

Die Forscher behaupten, dass noch viel Forschungsbedarf besteht, diese revolutionären Informationen jedoch viele Türen öffnen könnten.

„Mit dem neuen Material sind viele Experimente möglich, und in vielen Fällen sollten sie langjährige Unklarheiten ausräumen, die im Wissen über die Standardphotosynthese bestehen“, sagte Rutherford.

Da es für Wissenschaftler anspruchsvoll sein wird, die Chemie der Photosynthese mit weniger Energie durchzuführen, wird es Schwierigkeiten und Kompromisse geben, sagte Rutherford.

Insgesamt sind diese Informationen äußerst wertvoll und könnten auf viele Arbeitsbereiche angewendet werden.

„Dies ist eine wichtige Entdeckung in der Photosynthese, einem Prozess, der eine entscheidende Rolle in der Biologie der Nutzpflanzen spielt, die die Welt ernähren“, sagte Peter Burlinson, Leiter für Frontier Bioscience am BBSRC, einer Organisation, die die Forschung unterstützte.

„Entdeckungen wie diese verschieben die Grenzen unseres Verständnisses des Lebens und Professor Bill Rutherford und das Team von Imperial sollten dafür beglückwünscht werden, dass sie eine neue Perspektive auf einen so grundlegenden Prozess offenbart haben.“