Luftens syrehalt hämmar inte växters produktivitet

Det har funnits farhågor att dagens syrenivåer skulle kunna hämma växters produktivitet. Forskare vid Umeå universitet visar nu att så inte är fallet i en ny studie som publiceras i tidskriften The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Resultaten är glädjande eftersom de inte begränsar framtida planer på en hållbar energiförsörjning.

Hämmar ökande syrehalter i luften fotosyntesens syreproduktion? Är denna unika process anpassad till den låga syrenivå som fanns för närmare tre miljarder år sedan då fotosyntesen kom till? Dessa frågor har gett upphov till livliga diskussioner i den akademiska världen. Umeåforskarna kan nu tillsammans med kollegor vid universitetet i Osnabrueck, Tyskland, ge lugnande besked. Ökade syrehalter i luften har inte en direkt hämmande effekt på växternas fotosyntes.
– Om fotosyntesens produktivitet var direkt begränsad av ökade syrenivåer skulle det ha fått allvarliga konsekvenser. Det skulle ha försvårat planerna att använda biomassa och artificiell fotosyntes som framtida möjligheter att producera bränsle på ett hållbart sätt. Orsaken är att mer fotosyntes av växter, bakterier och artificiella hjälpmedel skulle leda till mer syre i luften, framför allt inom solreaktorer, säger Johannes Messinger, professor vid kemiska institutionen.

I den aktuella studien har forskarna använt en masspektrometrisk teknik tillsammans med isotopiskt vatten (H218O) för att undersöka vilken effekt ökade koncentrationer av syrgas har på mekanismen för vattenspjälkning. Vattenspjälkningen är en komplicerad reaktion som sker i ett stort proteinkomplex, som kallas fotosystem 2. Där används ljusenergin som växten fångar in för att spjälka två vattenmolekyler i taget till en syrgasmolekyl och fyra protoner.
– Vi höjde syrgastrycket upp till 50 gånger mer än under normala förhållanden. Detta påverkade ändå inte syrgasutvecklingen från vatten i fotosystem 2, berättar Johannes Messinger.

Forskarna inom Umeå universitets starka forskningsmiljö ”Bränsle från solenergi” och andra forskare runt om i världen arbetar med att ta reda på alla nödvändiga detaljer som sker i fotosyntesen. Målet är att med hjälp av fotosyntesens principer bygga konstgjorda enheter som klarar av att lagra solenergi i bränslen som vätgas och etanol.

Om fotosyntesen

Fotosyntesen hos växter och vissa bakterier innebär en omvandling av ljusenergi, vatten och koldioxid till kemisk energi och syrgas. Processen utvecklades för cirka 2-3 miljarder år sedan och är grunden för det liv vi känner till. I princip allt syre i jordens atmosfär har skapats på detta sätt och likaså den största delen av all biomassa. Delar av denna biomassa har av geologiska processer omvandlats till kol, olja och naturgas.

Originaltitel: Membrane-inlet mass spectrometry reveals a high driving force for oxygen production by photosystem II
Författare: Dmitriy Shevela, Katrin Beckmann, Jürgen Clausen, Wolfgang Junge, och Johannes Messinger
http://www.pnas.org/content/early/2011/02/11/1014249108.abstract

För ytterligare information, kontakta gärna:

Johannes Messinger, professor vid kemiska institutionen, Umeå universitet
Telefon: 090-786 59 33
E-post: Johannes.Messinger@chem.umu.se