Warum ist das Gras grün?
Die Farbe Grün ist derart gleichbedeutend mit Natur und Umwelt, dass die Begriffe austauschbar sind. Wir beschreiben uns oft als „grün denkend“, „grün kaufend“ oder „von Grün umgeben“. Aber warum genau ist unsere natürliche Welt so grün ... und warum ist es sinnvoll, diese Frage zu stellen? „Sonnenlicht ist eine Energiequelle“, erklärt Erb, Professor für Biochemie und Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. „Dieses Licht gibt es in verschiedenen Varianten, die man in einem Regenbogen sehen kann.“ Wenn Pflanzen das Sonnenlicht absorbieren, nutzen sie vor allem die blauen und roten Anteile des Sonnenlichts als Energiequelle, um Kohlendioxid zu binden (Photosynthese). Was übrig bleibt, ist die grüne Wellenlänge – und das sehen wir. „Blaues Licht ist energieintensiver und dringt tiefer in das Wasser ein, so dass es für frühe Algen und Pflanzen sinnvoll gewesen wäre, sich auf die Absorption dieser Lichtqualität zu konzentrieren“, erläutert Erb. Irgendwann – vielleicht früher, vielleicht später – erlangten Algen und Pflanzen die Fähigkeit, mit Hilfe eines anderen Pigments auch das energieärmere rote Licht zu absorbieren. Warum also wurde Grün ignoriert? Weil die Evolution auf dem aufbaut, was bereits existiert – und funktioniert. Nachdem die ersten photosynthetischen Organismen die Fähigkeit entfaltet hatten, blaues und rotes Licht aufzunehmen und zu gedeihen, hätten nachfolgende Pflanzen wenig Nutzen darin gesehen, ein grünes Pigment hinzuzufügen.
Energieeffizientere Pflanzen
Dieses Verständnis dafür, warum unsere Welt grün ist, könnte wichtige Auswirkungen auf unsere Zukunft haben. Beim Übergang zu nachhaltigeren Energiequellen könnte die Verbesserung der Photosynthese eine entscheidende Rolle spielen. „Meine Hauptmotivation als Wissenschaftler ist es, die Photosynthese besser zu verstehen – den größten und nachhaltigsten Energieprozess überhaupt“, fügt Erb hinzu. „Seit über 3 Milliarden Jahren nutzen Algen und Pflanzen das Sonnenlicht, um CO2 zu binden.“ Die Evolution, so Erb, ist ein langsamer Prozess. Die Kreativität und der Einfallsreichtum des Menschen könnten uns dabei helfen, schnelle Lösungen für einige der dringendsten Umweltprobleme zu finden – wie etwa die Neugestaltung der Photosynthese, um mehr Energie von der Sonne zu gewinnen. Dabei handelt es sich um eine fortlaufende wissenschaftliche Zusammenarbeit, die durch die bahnbrechende Arbeit von Erb im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SYBORG veranschaulicht wird. „Wir wissen also, dass Gras grün ist, weil es dieses Lichtspektrum ‚ausschaltet‘“, erklärt er. „Das bedeutet, dass die Pflanzen nur einen Teil des Lichts nutzen können. Wie wäre es, wenn wir einen Mechanismus ausarbeiten würden, der das gesamte Lichtspektrum einfängt, so dass wir die Photosynthese auch bei geringen Lichtintensitäten betreiben könnten?“ Hinweise darauf, wie dies möglich sein könnte, wurden an den unwahrscheinlichsten Orten gefunden. Bakterien im Wasser, die in einer Tiefe von über 100 m vorkommen, haben ausgeklügelte Pigmente und Mechanismen entwickelt, um in der tiefen, kalten Schwärze der Tiefsee Lichtfragmente zur Photosynthese zu führen. „Es bestehen Lösungen, und wir können sie von der Vielfalt der Natur erlernen, um eine effizientere Photosynthese im Labor nachzubilden“, sagt Erb. Hier erfahren Sie mehr über die Forschung von Tobias Erb: Grüne Maschinerie: Neuerfindung der Photosynthese mit synthetischer Biologie
Schlüsselbegriffe
SYBORG, Photosynthese, Sonnenlicht, Pflanzen, Energie, Biologie, Wellenlänge, Biochemie, Natur