Gepubliceerd op 12 juli 2007
Vibrerend watermolecuul bepaalt evolutie fotosynthese
UvA-biologen verklaren kleuren van aquatische micro-organismen
Gepubliceerd op 12 juli 2007
Meren en oceanen krioelen van de aquatische micro-organismen die licht
absorberen voor de fotosynthese. Daarmee vormen ze de basis van de
voedselketen, en leggen ze een significante hoeveelheid van het
broeikasgas CO2 vast. Deze micro-organismen komen voor in vele kleuren
waarmee ze verschillende delen van het zonnespectrum gebruiken. Maar
waarom worden sommige kleuren van het zonlicht niet benut?
UvA-onderzoekers drs. Maayke Stomp en prof. dr. Jef Huisman deden een
onverwachte ontdekking: het antwoord zit verborgen in de vibraties van
het watermolecuul. De resultaten van hun onderzoek worden gepubliceerd
in het nieuwe ISME Journal.
Watermoleculen zitten nooit stil. Ze roteren en vibreren door het
strekken en buigen van de verbindingen in het H2O molecuul. Deze
moleculaire vibraties kosten energie, die de watermoleculen verkrijgen
door het absorberen van bepaalde delen (`kleuren') van het
lichtspectrum. Dit is de reden dat wanneer licht door water reist,
bepaalde kleuren licht selectief uitdoven, terwijl andere kleuren
juist worden doorgelaten. Welke kleuren licht precies op grotere
diepten doordringen, hangt daarnaast af van de troebelheid van het
water. In helder oceaanwater dringt bijvoorbeeld blauw licht het
diepste door, in kustwateren groen licht, en in troebele veenplasjes
rood licht. In al deze wateren bevinden zich `gaten' in het
lichtspectrum veroorzaakt door het vibreren van watermoleculen.
Veel micro-organismen (zoals fytoplankton, cyanobacteriën en andere
fototrofe bacteriën) zijn afhankelijk van licht voor hun fotosynthese
en groei. Deze micro-organismen bevatten, net als landplanten,
pigmenten om licht te absorberen. Maar terwijl landplanten over het
algemeen alleen groene pigmenten gebruiken, beschikken
micro-organismen over een veel breder scala aan fotosynthesepigmenten,
variërend van groen en blauw tot rood, oranje en paars. Hiermee kunnen
ze vele kleuren van het zichtbare en zelfs van het infrarode deel van
het zonnespectrum benutten voor fotosynthese.
Niches van verschillende kleuren
Met behulp van modelsimulaties hebben drs. Maayke Stomp en prof. dr.
Jef Huisman van het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem
Dynamica (IBED) van de Universiteit van Amsterdam (UvA) berekend welke
kleuren licht beschikbaar zijn in meren, zeeën en oceanen. De
berekeningen lieten zien dat er niches van verschillende kleuren zijn
in het onderwater-lichtspectrum. De niches worden van elkaar
gescheiden door gaten in het onderwater-lichtspectrum veroorzaakt door
de vibrerende watermoleculen. De biologen vergeleken deze niches met
de lichtabsorptie-eigenschappen van de belangrijkste pigmenten van
aquatische micro-organismen. De kleuren die door deze pigmenten worden
gebruikt, bleken precies overeen te komen met de niches in het
onderwater-lichtspectrum. Heel slim, want zo zijn de micro-organismen
optimaal aangepast aan de kleuren licht die de watermoleculen
overlaten. Subtiele vibraties van watermoleculen zijn dus bepalend
geweest voor de ecologie en evolutie van de fotosynthese op aarde.
Publicatiegegevens
Het artikel Colourful niches of phototrophic microorganisms shaped by
vibrations of the water molecule verschijnt in het augustusnummer van
The ISME Journal, een nieuw tijdschrift van de Nature Publishing
Group. De onlineversie werd op 12 juli gepubliceerd op
http://www.nature.com/ismej/index.html.
Auteurs: drs. Maayke Stomp, prof. dr. Jef Huisman, prof. dr. Lucas J.
Stal en dr. Hans C.P. Matthijs, Instituut voor Biodiversiteit en
Ecosysteem Dynamica, Universiteit van Amsterdam.
Het onderzoek werd gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor
Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
Verwijzingen
Internetpagina IBED
Internetpagina ISME Journal
Universiteit van Amsterdam