Planten bevatten zeer efficiënte zonnecollectoren: ze vangen zelfs op bewolkte dagen voldoende energie om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose. Maar hoe zorgen zij ervoor dat ze op onbewolkte, zomerse dagen geen schade oplopen door de felle zon?

Een multidisciplinair team van onderzoekers onder leiding van professor Rienk van Grondelle (Vrije Universiteit Amsterdam) en zijn Engelse collega Peter Horton (University of Sheffield) wist met nieuwe lasertechnieken voor het eerst een zeer snel verlopend moleculair proces in beeld te brengen dat hierbij een rol speelt. Zij zagen hoe het pigment chlorofyl het licht opneemt en hoe het teveel aan energie wordt overgedragen op het pigment luteïne, waar het wordt omgezet in warmte en verdwijnt zonder schade aan te richten.

Live in beeld

Al eerder was in het laboratorium van professor Herbert van Amerongen (Wageningen Universiteit en Researchcentrum) ontdekt dat één van de eiwitten die een rol speelt bij het opnemen van zonlicht, LHCII, een ‘dimstand’ heeft. Het kan schakelen tussen een toestand om licht op te vangen, en een toestand waarin het efficiënt energie kan omzetten in warmte. Dat onderzoek vond plaats met geïsoleerde eiwitten in reageerbuisexperimenten ( in vitro).

In de nieuwste experimenten gaat het onderzoeksteam een stap verder in de richting van de werking van LHCII ‘in het echt’, in hele bladeren. Eerst stelden ze met behulp van de zandraket ( Arabidopsis thaliana, een populaire onderzoeksplant) vast dat de werking van LHCII in bladeren is na te bootsen door gebruik te maken van samengeklonterde LHCII eiwitten in vitro.

Daarop lieten ze speciale lasertechnieken los die reacties kunnen meten in de tijdsspanne van enkele picoseconden (een miljoenste van een miljoenste seconde). Zo konden ze in beeld brengen hoe in het geval van ‘overbelichting’ de lichtopname door chlorofyl binnen enkele tientallen picoseconden kan verdwijnen via het luteïne-pigment. Luteïne is een gele kleurstof uit de familie van de carotenen. Bij toepassing in voedingsmiddelen heeft het de code E161b.

Het onderzoek is voor uiteenlopende terreinen van belang. Kennis van het beschermingsmechanisme van planten tegen zonneschade kan worden gebruikt om planten te kweken die in zeer warme gebieden kunnen groeien. En inzicht in de biochemische processen waarmee planten efficiënt zonlicht in energie omzetten, kan als inspiratiebron dienen voor een nieuwe generatie efficiënte zonnecellen.