Η υπερβολική έκθεση μπορεί να υπερφορτώσει αυτό το σύστημα, βλάπτοντας τους οργανισμούς που εξαρτώνται από το ηλιακό φως για να επιβιώσουν. Κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού, ωστόσο, ορισμένα φύκια έχουν αναπτύξει μια αποτελεσματική άμυνα
Μια κρυφή χρωστική ουσία βοηθά τα φύκια του ωκεανού να αξιοποιήσουν το ηλιακό φως χωρίς να καούν - και μπορεί να κρύβει ενδείξεις για καλύτερη ηλιακή τεχνολογία.
H ηλιακή ακτινοβολία
Η υπερβολική ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να καταστρέψει μια μέρα στην παραλία και μπορεί επίσης να βλάψει τη φωτοσύνθεση, τη διαδικασία που χρησιμοποιούν τα φυτά και τα φύκια για να μετατρέψουν το φως σε ενέργεια. Η υπερβολική έκθεση μπορεί να υπερφορτώσει αυτό το σύστημα, βλάπτοντας τους οργανισμούς που εξαρτώνται από το ηλιακό φως για να επιβιώσουν. Κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού, ωστόσο, ορισμένα φύκια έχουν αναπτύξει μια αποτελεσματική άμυνα.
Ερευνητές από το Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο της Οσάκα και οι συνεργάτες τους διαπίστωσαν ότι μια χρωστική ουσία που ονομάζεται σιφωνίνη βοηθά τα θαλάσσια πράσινα φύκια να συνεχίσουν την ομαλά τη φωτοσύνθεση, ακόμη και υπό έντονο φως.
Πώς η φωτοσύνθεση μπορεί να πάει στραβά σε έντονο φως
Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί βασίζονται σε ευαίσθητες δομές γνωστές ως σύμπλοκα συλλογής φωτός (LHC) για να απορροφήσουν το ηλιακό φως. Όταν η χλωροφύλλη συλλαμβάνει φως, εισέρχεται για λίγο σε μια διεγερμένη κατάσταση singlet και μεταφέρει αυτήν την ενέργεια σε κέντρα αντίδρασης που οδηγούν χημικές διεργασίες. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτή η μεταφορά είναι αποτελεσματική και ασφαλής. Όταν τα επίπεδα φωτός γίνουν πολύ υψηλά, όμως, η χλωροφύλλη μπορεί να μετατοπιστεί σε μια επιβλαβή κατάσταση "τριπλής". Αυτή η κατάσταση μπορεί να παράγει αντιδραστικά είδη οξυγόνου που προκαλούν οξειδωτική βλάβη στα κύτταρα.
«Οι οργανισμοί χρησιμοποιούν καροτενοειδή για να διαχέουν γρήγορα την περίσσεια ενέργειας ή να σβήνουν αυτές τις τριπλές καταστάσεις, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μεταφορά ενέργειας τριπλού-τριπλού (TTET)», δήλωσε η Ritsuko Fujii, κύρια συγγραφέας και αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Μεταπτυχιακό Κέντρο Επιστήμης και Έρευνας για την Τεχνητή Φωτοσύνθεση στο Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο της Οσάκα.
Γιατί οι επιστήμονες στράφηκαν στα θαλάσσια φύκια
Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργεί αυτή η προστασία, η ερευνητική ομάδα μελέτησε το Codium fragile, ένα είδος θαλάσσιων πράσινων φυκιών. Όπως και τα χερσαία φυτά, έχει μια κεραία συλλογής φωτός που ονομάζεται LHCII, αλλά περιέχει επίσης ασυνήθιστα καροτενοειδή, συμπεριλαμβανομένης της σιφωνεΐνης και της σιφωναξανθίνης. Αυτές οι χρωστικές επιτρέπουν στα φύκια να χρησιμοποιούν το πράσινο φως, το οποίο είναι πιο συνηθισμένο υποβρύχια.
«Το κλειδί για τον μηχανισμό απόσβεσης έγκειται στο πόσο γρήγορα και αποτελεσματικά μπορούν να απενεργοποιηθούν οι τριπλές καταστάσεις», δήλωσε ο Alessandro Agostini, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Πάντοβα στην Ιταλία και συν-επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Μέτρηση της φυσικής προστασίας από τον ήλιο των φυκιών
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φασματοσκοπία παραμαγνητικού συντονισμού ηλεκτρονίων (EPR), μια τεχνική που μπορεί να ανιχνεύσει άμεσα διεγερμένες τριπλές καταστάσεις, για να συγκρίνουν τα φυτά σπανακιού με το Codium fragile. Στο σπανάκι, εξακολουθούσαν να υπάρχουν αμυδρά σήματα από τις τριπλές καταστάσεις χλωροφύλλης. Στο Codium fragile, αυτά τα σήματα εξαφανίστηκαν εντελώς. Αυτό έδειξε ότι τα καροτενοειδή στα φύκια εξουδετέρωναν πλήρως τις επιβλαβείς καταστάσεις.
«Η έρευνά μας αποκάλυψε ότι η δομή της κεραίας των φωτοσυνθετικών πράσινων φυκιών έχει εξαιρετική φωτοπροστατευτική λειτουργία», δήλωσε ο Agostini.
Ο ρόλος της σιφωνεΐνης στην προστασία των φυκιών
Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα EPR με κβαντοχημικές προσομοιώσεις, η ομάδα αναγνώρισε τη σιφωνεΐνη ως την κύρια χρωστική ουσία που είναι υπεύθυνη για αυτήν την προστασία. Η χρωστική βρίσκεται σε μια κρίσιμη θέση σύνδεσης μέσα στο σύμπλεγμα LHCII. Η ανάλυση εξήγησε επίσης πώς η ηλεκτρονική δομή και η ακριβής θέση της σιφωνεΐνης την καθιστούν ιδιαίτερα αποτελεσματική στη διασπορά της υπερβολικής ενέργειας πριν αυτή προκαλέσει ζημιά.
Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα θαλάσσια φύκια έχουν εξελίξει εξειδικευμένες χρωστικές όχι μόνο για να απορροφούν το μπλε-πράσινο φως που είναι διαθέσιμο υποβρύχια αλλά και για να επιβιώνουν στο έντονο ηλιακό φως.
Επιπτώσεις για τη μελλοντική ηλιακή τεχνολογία
Πέρα από το να ρίχνουν φως στη φωτοσύνθεση, τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην έμπνευση ηλιακών τεχνολογιών εμπνευσμένων από τη βιοτεχνολογία, οι οποίες περιλαμβάνουν ενσωματωμένη προστασία από την υπερφόρτωση ενέργειας. Τέτοια σχέδια θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που είναι πιο ανθεκτικά και πιο αποτελεσματικά.
www.worldenergynews.gr
