Hvorfor græsset er grønt — Fotosyntesen under lup

„HVORFOR er græsset grønt?“ Måske har du som barn stillet det spørgsmål. Var du tilfreds med det svar du fik? De spørgsmål børn stiller, kan ofte være ret dybsindige og give dagligdags foreteelser helt nye perspektiver. Vi kan for eksempel opdage skjulte undere som vi ikke vidste eksisterede.

Hvis man vil forstå hvorfor græsset er grønt, kan det være en hjælp at prøve at forestille sig noget der ikke umiddelbart ser ud til at have noget med græs at gøre, nemlig en fuldkommen fabrik. Den fuldkomne fabrik ville fungere lydløst og være pæn at se på, ikke sandt? Den ville ikke forurene, men snarere forbedre miljøet. Den fuldkomne fabrik ville selvfølgelig producere noget nyttigt eller livsvigtigt til gavn for alle. Mon ikke den ville bruge solenergi og derved spare elektricitet, kul eller olie?

Den fuldkomne fabrik ville sikkert gøre brug af solfangere der langt overgår menneskets nuværende teknologi. De ville være yderst effektive, billige og ikkeforurenende både at fremstille og at bruge. Fabrikken ville anvende den mest avancerede teknologi man kan forestille sig, dog ikke på en iøjnefaldende måde, og den ville ikke være plaget af funktionsfejl og driftsforstyrrelser sådan som det så ofte er tilfældet med teknologi i dag. Man ville også forvente at en sådan fabrik var fuldautomatisk, at der slet ikke var brug for menneskelig betjening. Den ville selvfølgelig være selvreparerende, selvopretholdende og endda selvkopierende.

Er den fuldkomne fabrik blot science fiction? En fantasiforestilling? Nej, den er lige så virkelig som det græs du træder på. Faktisk er den det græs du træder på, den er bregnen i din vindueskarm og træet uden for dit vindue. Den fuldkomne fabrik er i virkeligheden en hvilken som helst plante! Ved hjælp af energi fra sollyset foruden kuldioxid, vand og mineraler fremstiller grønne planter enten direkte eller indirekte føde til næsten alt levende på jorden. Atmosfæren fornys under processen idet planterne optager kuldioxid og frigiver ren ilt.

Alt i alt producerer jordens grønne planter skønsmæssigt mellem 150 og 400 milliarder tons sukker hvert år — et tal der langt overstiger verdens samlede produktion af jern, stål, biler og flyvemaskiner. Ved hjælp af energi fra solen fjerner planterne brintatomer fra vandmolekyler og binder dem sammen med kuldioxidmolekyler fra luften, hvorved kuldioxid omdannes til kulhydrat, også kendt som sukker. Denne bemærkelsesværdige proces kaldes fotosyntesen. Planterne kan så bruge deres nye sukkermolekyler som energi eller forbinde dem med hinanden så der dannes enten stivelse eller cellulose, det seje og fibrøse materiale som plantefibre består af. Tænk engang! En californisk kæmpefyr der kan blive op til 90 meter høj, er hovedsagelig vokset frem af luft, ét kuldioxidmolekyle og ét vandmolekyle ad gangen, i utallige millioner mikroskopiske ’samlebånd’ kaldet kloroplaster, eller grønkorn. Hvordan kan dette lade sig gøre?

Fotosyntesens mekanismer

At en kæmpefyr kommer af den bare luft (samt vand og nogle få mineraler) er utroligt, men det skyldes ikke magi. Det er et resultat af en intelligens og en teknologi der er langt mere raffineret end noget mennesker har været i besiddelse af. Forskere er gradvis ved at afdække nogle af fotosyntesens komplekse processer, og de forundres over den superavancerede biokemi der foregår. Lad os se lidt nærmere på de mekanismer der udgør grundlaget for næsten alt liv på jorden. Måske vil det hjælpe os til at finde et svar på spørgsmålet: „Hvorfor er græsset grønt?“

Når man med det blotte øje betragter et almindeligt blad, ser det grønt ud, men det er en illusion. Hvis man ser det under mikroskop, opdager man at de enkelte planteceller ikke er grønne. Faktisk er de nærmest gennemsigtige, men hver celle kan indeholde mellem 50 og 100 bittesmå grønne prikker. Det er disse der kaldes kloroplaster, eller grønkorn. De er fyldt med det lysfølsomme grønne klorofyl, og det er her fotosyntesen finder sted. Hvad foregår der i disse grønkorn?

Grønkornene er formet som små sække der indeholder nogle endnu mindre flade sække kaldet thylakoider. Nu har vi endelig fundet frem til den grønne farve i græsset. Grønne klorofylmolekyler er forankrede på thylakoidernes yderside. De er dog ikke placeret på må og få, men er samlet i små funktionelle enheder der kaldes fotosystemer. I de fleste grønne planter er der to typer fotosystemer: I og II. Fotosystemerne kan sammenlignes med specialiserede arbejdshold på en fabrik, hvor hvert arbejdshold tager sig af nogle specifikke processer i fotosyntesen.

Et „spildprodukt“ som ikke går til spilde

Når sollys rammer thylakoidernes overflade, bliver det opfanget af nogle klorofylmolekyler i en fotosystem II-enhed. Disse molekyler er især interesseret i at absorbere rødt lys af en bestemt bølgelængde. Forskellige steder i thylakoidet er fotosystem I-enheder på udkig efter lys med en noget længere bølgelængde. I mellemtiden absorberer både klorofylet og nogle andre molekyler, såsom karotenoider, det blå og violette lys.

Så hvorfor er græsset grønt? Af alle de bølgelængder der rammer planter, er det kun det grønne lys der ikke bliver absorberet, men reflekteres til glæde for det menneskelige øje. Ja, tænk engang! Løvets sartgrønne farver om foråret er ligesom de smaragdgrønne farver om sommeren et resultat af de af lysets bølgelængder som planter ikke behøver, men som vi mennesker sætter stor pris på! I modsætning til den forurening og de spildprodukter der kommer fra menneskers fabrikker, går dette „lysspild“ ikke til spilde når vi betragter en smuk eng eller skov og glæder os over denne indtagende „livets farve“.

I grønkornene, i fotosystem II-enheden, bliver energien fra solens røde stråler overført til elektronerne i klorofylmolekylerne. Når en af elektronerne er ladet tilstrækkelig op med energi, er „exciteret“, hopper den ud af enheden og op i armene på et ventende bærermolekyle i thylakoidmembranen. Som en danser der gives videre fra den ene dansepartner til den anden, bliver elektronen givet videre fra ét bærermolekyle til et andet mens den lidt efter lidt mister energi. Når dens energiniveau er tilstrækkelig lavt, bliver den brugt til at erstatte en elektron i fotosystem I med. — Se diagram 1.

Eftersom fotosystem II nu har mistet en elektron, er det positivt ladet og klar til at modtage en ny. Den del af fotosystem II der kaldes det iltudviklende kompleks, bliver frustreret ligesom en mand der netop har opdaget at nogen har stjålet penge fra hans lomme. Hvor er der en anden elektron som kan erstatte den tabte? Jo, i nærheden er der et ’ulykkeligt’ vandmolekyle i langsom bevægelse. Der venter det en ubehagelig overraskelse.

Vandmolekyler spaltes

Et vandmolekyle består af et relativt stort iltatom og to mindre brintatomer. Fotosystem II’s iltudviklende kompleks indeholder fire ioner af metallet mangan som fjerner elektronerne fra brintatomerne i vandmolekylet. Resultatet er at vandmolekylet nedbrydes til to positivt ladede brintioner (protoner), et iltatom og to elektroner. Efterhånden som flere vandmolekyler spaltes, danner iltatomerne par som molekyler af ilt, og planten frigiver denne ilt til gavn for os. Brintionerne begynder at hobe sig op i „thylakoidsækken“, hvor de kan blive brugt af planten, og fotosystem II forsynes med elektroner og er nu klar til at gentage cyklusen mange gange pr. sekund. — Se diagram 2.

I den overfyldte thylakoidsæk begynder brintionerne at lede efter en udgang. Sækken skal ikke alene gøre plads for to brintioner hver gang et vandmolekyle nedbrydes, men også for andre brintioner der tiltrækkes af elektronerne i fotosystem II mens de er på vej til fotosystem I. Snart summer brintionerne rundt som vrede bier i en overfyldt bikube. Hvordan kan de komme ud?

Det viser sig at Skaberen af fotosyntesen på genial vis har sørget for en „svingdør“ der kun kan åbnes den ene vej, i form af et særligt enzym der bruges til at fremstille et meget vigtigt „cellebrændstof“ kaldet ATP (adenosintrifosfat). Mens brintionerne baner sig vej ud ad svingdøren, tilføres de opbrugte ATP-molekyler ny energi. (Se diagram 3.) ATP-molekyler er ligesom bittesmå batterier. De afgiver små energiudladninger lige på stedet som fremkalder forskellige reaktioner i cellen. Senere vil der være behov for disse ATP-molekyler i forbindelse med dannelsen af sukker.

Ud over ATP er der et andet lille molekyle som er vigtigt i forbindelse med dannelsen af sukker. Det kaldes NADPH (en reduceret form af nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfat). NADPH-molekyler kan sammenlignes med små lastbiler der hver transporterer et brintatom til et ventende enzym som skal bruge det til at danne et sukkermolekyle. Det er fotosystem I’s opgave at danne NADPH. Mens det ene fotosystem (II) har travlt med at spalte vandmolekyler og bruge dem til at danne ATP, er det andet fotosystem (I) i gang med at absorbere lys og udslynge elektroner, som med tiden vil blive brugt til at danne NADPH. ATP- og NADPH-molekyler oplagres i området omkring thylakoiderne og bruges senere til at danne sukker.

Natholdet

Fotosyntesen danner milliarder af tons sukker hvert år, men i virkeligheden er det ikke de lysdrevne reaktioner i fotosyntesen der producerer sukker. Det eneste de danner, er ATP („batterier“) og NADPH („lastbiler“). Når det er sket, bruger enzymerne i stromaet, eller området omkring thylakoiderne, ATP og NADPH til at danne sukker. Faktisk kan planten danne sukker i totalt mørke! Man kan sammenligne et grønkorn med en fabrik hvor der i thylakoiderne er to arbejdshold (fotosystem I og II). Disse fremstiller batterier og lastbiler (ATP og NADPH) der skal bruges af et tredje hold (særlige enzymer) ude i stromaet. (Se diagram 4.) Ved hjælp af enzymer i stromaet danner dette tredje arbejdshold sukker ved at tilsætte brintatomer og kuldioxidmolekyler i en bestemt rækkefølge af kemiske reaktioner. Alle tre hold arbejder om dagen, og sukkerholdet har også natarbejde indtil dagholdets produktion af ATP og NADPH er brugt op.

Stromaet i grønkornene er en slags „ægteskabsbureau“ for celler. Det er fyldt med atomer og molekyler der har brug for at blive „gift“ med hinanden, men som ikke kan finde sammen af egen kraft. Visse enzymer er som små foretagsomme ægteskabsformidlere.a De er proteinmolekyler hvis specielle facon sætter dem i stand til at gribe fat i præcis de atomer og molekyler der skal til for at udløse en bestemt reaktion. De nøjes imidlertid ikke med at præsentere parterne for hinanden. Enzymerne er ikke tilfredse før de ser brylluppet finde sted, og derfor tager de fat i det modvillige par og tvinger dem i direkte kontakt med hinanden så de indgår en slags biokemisk ægteskab. Efter denne ægteskabelige forening giver enzymerne slip på det nye molekyle og gentager processen igen og igen. Enzymerne i stroma sender delvis komplette sukkermolekyler rundt med en utrolig fart, omlejrer dem, tilfører dem energi med ATP, tilføjer kuldioxid og brint og sender til sidst et sukkermolekyle med tre kulstofatomer af sted, som andetsteds i cellen omdannes til glukose og andre stoffer. — Se diagram 5.

Hvorfor er græsset grønt?

Fotosyntesen er langt mere end blot en grundlæggende kemisk reaktion. Den er en biokemisk symfoni af forbløffende kompleksitet og subtilitet. I bogen Life Processes of Plants siges der: „Fotosyntesen er en bemærkelsesværdig, meget fint reguleret proces der gør det muligt at udnytte energien fra solens fotoner. Planternes komplekse opbygning og utrolig indviklede biokemiske og genetiske kontrolmekanismer som regulerer fotosyntetisk aktivitet, kan betragtes som en forædling af den grundlæggende proces hvorved en fotons energi opfanges og omdannes til et kemisk stof.“

Med andre ord kan en undersøgelse af hvorfor græsset er grønt, kun øge vores forundring over en konstruktion og teknologi der står højt hævet over alt hvad mennesket har udtænkt. Der er tale om selvregulerende, vedligeholdelsesfri „maskiner“ i submikroskopisk størrelse. De omdanner sollys til sukker ved at gennemføre tusinder, ja, millioner af cykluser pr. sekund, uden at støje, forurene eller skæmme deres omgivelser. Det giver os et lille indblik i den intelligens den øverste konstruktør og bygmester — vor Skaber, Jehova Gud — besidder. Tænk på det næste gang du beundrer en af Jehovas smukke og livsopretholdende fuldkomne fabrikker eller blot går en tur på det skønne, grønne græs.

[Fodnote]

[Illustration på side 20]

Diagram 1

[Illustration på side 20]

Diagram 2

[Illustration på side 21]

Diagram 3

[Illustration på side 21]

Diagram 4

[Illustration på side 22]

Diagram 5

[Illustration på side 19]

Hvordan har fotosyntesen fået dette træ til at vokse?

[Kildeangivelse på side 18]

Indsat foto: Colorpix, Godo-Foto