Universiteit van Amsterdam

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