Fotosyntese i ”mørke”: Infrarødt lys kan drive en betydelig iltproduktion i biofilm

Som forudsætning for langt det meste liv på Jorden, benytter planter, alger og cyanobakterier energi fra sollys til at omdanne CO₂ til biomasse og danner ilt som biprodukt. De fleste iltdannende fototrofe organismer anvender klorofyl a og synligt lys (400-700 nm), men visse cyanobakterier danner klorofyl d og f, som gør dem i stand til at udnytte infrarødt lys (>700 nm) til deres fotosyntese.  

- ”Dette kan principielt udvide omfanget af økologiske nicher og habitater, hvor iltdannende fotosyntese kan finde sted; f.eks. på skyggefulde steder under tæt plante- eller algedække, hvor synligt lys er stærkt begrænset. Cyanobakterier med klorofyl d og f er blevet isoleret fra mange forskellige habitater, og isolaterne er blevet undersøgt i laboratoriet. Derimod vides nærmest intet om deres økologiske betydning og aktivitet i det naturlige miljø”, siger hovedforfatteren på studiet, Michael Kühl, Biologisk Institut, Københavns Universitet.

I en forskningsartikel offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift eLife, viser en gruppe forskere fra Danmark (Københavns Universitet og Aarhus Universitet) og Australien (University of Technology Sydney) at cyanobakterier med klorofyl d og f kan have høj fotosynteseaktivitet med infrarødt lys i naturlige biofilm. Studiet er udført i et tidevandshabitat og målingerne er foretaget i en tæt mikrobiel biofilm på cementeret koralsand.

-”Vi var nødt til at udvikle en ny metode til at visualisere tilstedeværelsen og kvantificere den fotosyntetiske aktivitet af disse cyanobakterier.  Cyanobakterier med klorofyl d og f vokser typisk under andre fotosyntetiserende organismer, som anvender synligt lys. Ved at kombinere hyperspektral og konfokal laser skanning mikroskopi med en kortlægning af iltkoncentrationen vha iltfølsomme nanopartikler kunne vi identificere områder med klorofyll dog f i biofilmen og for første gang måle iltproduktion drevet af infrarødt lys i en naturlig habitat”, forklarer Michael Kühl.

Målingerne indikerer, at cyanobakterier med klorofyl d og f kan spille en hidtil overset rolle i primærproduktionen af biomasse i skyggefulde områder. Endvidere understreger de vigtigheden af ​​at undersøge i hvilken grad cyanobakterier med klorofyl d og f i "underskoven" af andre fototrofe organismer kan forbedre effektiviteten og produktiviteten af fotosyntesen på samfunds-/systemniveau. Sådan en viden vil f.eks. kunne inspirere design af mere effektive fotobioreaktorer, hvor lagdelte biofilm med forskellige fotopigmenter kan resultere i en øget produktivitet.