Blauwalg ‘oogst’ licht heel efficiënt

Nieuws

Blauwalg ‘oogst’ licht heel efficiënt

Gepubliceerd op
17 december 2015

Cyanobacteriën, beter bekend als blauwalgen, hebben een ingenieus systeem om zich in het donker voor te bereiden op het komende daglicht. In het donker brengen ze een grote ‘antenne’ in stelling Daarmee kunnen ze efficiënt lichtenergie invangen en zich tegelijkertijd beschermen tegen schade aan de fotosynthese-machinerie van de bacteriën. Deze baanbrekende ontdekking over de werking van de antenne is gedaan door het Laboratorium voor Biofysica van Wageningen University. “Het verbeteren van de fotosynthese van onze gewassen is net zo belangrijk als vroeger de Groene Revolutie. Voor die verbetering hebben we nieuwe, zeer gedetailleerde informatie nodig over de mogelijkheden die de natuur voorhanden heeft. Deze nieuwe kennis is daarbij echt een doorbraak”, zegt Eric Schranz, hoogleraar Biosystematiek.

Cyanobacteriën horen tot de ‘oudste’ organismen op aarde. Ze leven in het water en spelen een belangrijke rol bij het vastleggen van CO2 en de productie van zuurstof op aarde. Hun fotosynthese is goed te vergelijken met die van planten, maar ze hebben speciale aanpassingen om in het relatief donkere water goed te kunnen functioneren. De ‘antennes’ die het licht opvangen spelen daarbij een belangrijke rol. Ze zijn gebonden aan twee fotosystemen. “Het ene fotosysteem splitst water, waarbij zuurstof als bijproduct vrijkomt. Daarbij ontstaan elektronen die naar het andere systeem gaan en daar allerlei reacties mogelijk maken. Samen faciliteren die systemen uiteindelijk de vorming van suikers als eindproduct van de fotosynthese”, vertelt Herbert van Amerongen, hoogleraar Biofysica bij Wageningen University.

Vrije radicalen

’s Nachts leggen de blauwalgen geen CO2 vast, maar halen ze wel adem. Daardoor raken diverse systemen verzadigd met elektronen. Dat is een gevaarlijke situatie als het licht aangaat. “Er kunnen dan vrije radicalen ontstaan die het fotosyntheseapparaat beschadigen”, zegt Van Amerongen. Daarom brengen de bacteriën al in het donker een extra grote antenne in stelling om de lichtenergie te kunnen benutten zonder dat er schade optreedt. “Als het teveel aan elektronen eenmaal weggevangen is – en het gevaar is geweken – koppelt een deel van de antenne los en blijft in de cel zweven”.

Dat inzicht ondergraaft bestaande theorieën over de werking van dergelijke antennes bij de fotosynthese. Het gaat dus om fundamenteel onderzoek, maar er zit een duidelijke maatschappelijke kant aan. Cyanobacteriën worden namelijk binnen het programma BioSolar Cells ingezet bij een revolutionaire techniek om biobased brandstoffen te maken, als alternatief voor olie en gas. “Dan is het zinnig om de fotosynthese van deze organismen veel beter te begrijpen. Je kunt de efficiëntie daarmee verbeteren”, zegt Van Amerongen.

Betere voedselvoorziening

Collega Eric Schranz geeft aan dat het belang nog veel verder strekt. Verbetering van de fotosynthese is een speerpunt van Wageningen UR. Dit soort fundamenteel begrip maakt nieuwe toepassingen mogelijk, ook in het plantenrijk. “We moeten een veel beter zicht krijgen op fotosynthese om een groeiende wereldbevolking te voeden en om gewassen aan te passen aan klimaatverandering”, zegt hij. “Onze gewassen van nu gaan inefficiënt om met lichtenergie. Minder dan 1% wordt omgezet in biomassa, terwijl in theorie 10% haalbaar is. Als je het maar tot 2% zou weten te verbeteren, zou dat een enorm positief effect hebben op de voedselproductie. Daarvoor moeten we de hele range aan natuurlijke mogelijkheden binnen de fotosynthese in beeld krijgen. Zowel van blauwalgen onder water bij weinig licht als van Alpenplanten die functioneren onder zeer hoge lichtintensiteiten. We kunnen veel leren van hun reactie op wisselende lichtniveaus.”

Begrip van de extremen is erg waardevol, zeker als het klimaat gaat veranderen. Schranz: “Het mooie van Wageningen UR is dat je een breed kennisplatform hebt, van fundamenteel onderzoek tot praktijkonderzoek en in sterk van elkaar verschillende disciplines. Zo kunnen fundamentele inzichten effectief omgezet worden in innovaties”.