Fotosyntéza „Úžasná sluneční elektrárna“

Fotosyntéza
„Úžasná sluneční elektrárna“
CO2
By Michael Hagelberg
http://bioenergy.asu.edu/
Jiří Kubásek
[email protected]
Osnova
1/ jak funguje
fotosyntéza
2/ jak vzikla
3/ za co může
na Zemi
4/ na čem se
bádá…
Fotosyntéza není jen jedna…
…ale ano, tahle je na Zemi nejrozšířenější :
6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Život je hierarchický…
List – orgán fotosyntézy
5 mm (5000 mm)
Chloroplast - organela fotosyntézy
• Každý čtvereční milimetr plochy listu obsahuje ve svém
mezofylu na 450 000 až 800 000 chloroplastů!
(10 – 100 v každé buňce).
0,05 mm (50 mm)
http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis#/media/File:Plagiomnium_affine_laminazellen.jpeg
Chloroplast pod „drobnohledem“
0,005 mm (5 mm)
•
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/26/Chloroplast.svg/1280pxChloroplast.svg.png
Ještě více zvětšeno…
0,000 05 mm (0,05 mm; 50 nm)
•
http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis#/media/File:Thylakoid_membrane_3.svg
•
http://www.jayhosler.com/jshblog/?m=201101
Jak vznikla fotosyntéza?
http://www.pnas.org/content/95/25/14851/F4.large.jpg
Kdy vznikla fotosyntéza?
http://www.chm.bris.ac.uk/motm/oec/backup/images/tline.gif
„Velká kyslíková katastrofa“
http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Oxygenation_Event
Huronské zalednění
http://en.wikipedia.org/wiki/Huron_Glacier#/media/File:Huron.jpg
Za co může fotosyntéza DNES ?
Fotosyntéza a klimatická změna
• Dnešní celosvětový výkon fotosyntézy
odhadujeme v průměru na 130 terawattů. To
je několikanásobek celkové energetické
spotřeby lidstva.
• Fotosyntetické organismy takto každoročně
přeměňuji 100–115 miliard tun (= Pg) uhlíku
do biomasy svých těl.
Učinnost a výkony fotosyntézy
• Rostliny obvykle dokáží ve fotosyntéze využívat světlo
s účinností 3–6%. Zbytek pohlceného světla je
primárně disipován jako teplo a malá část (1-2%)
znovuemitována jako fluorescence chlorofylu (na delší
vlnové délce než mělo světlo pohlcené).
• Skutečná fotosyntetická účinnost rostlin velmi záleží na
kvalitě i kvantitě světla, teplotě a koncentraci CO2 , ale
také na tom, jak je zemský povrch pokryt listovím a
může se měnit v rozsahu 0.1% to 8%. Komerční solární
panely mají účinnost 6–20% and až 40% laboratorní .
Ale zase vám sami nevyrostou! .
Energetická bilance listu
Fotosyntéza na Zemi
• http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis
Fotosyntetizující zvířata
Elysia chlorotica
–
fotosyntetizující
plž
•
http://inhabitat.com/this-sea-slug-steals-genes-from-algae-so-it-can-photosynthesize-like-a-plant/
•
The Oriental hornet (Vespa orientalis) converts sunlight into electric power using a pigment called xanthopterin. This is the first
evidence of a member of the animal kingdom engaging in photosynthesis.[53]
Vespa orientalis – sršeň východní
Příkladová studie I.
Živoucí kameny
Haworthia springbokvlakensis
světlo
Lithops sp.
Haworthia springbokvlakensis
okénko
mezenchym
chlorenchym
Mnohačetný vznik „listových oken“
• Piperaceae (pepřovníkovité)
• Urticaceae (kopřivovité)
• Asteraceae (hvězdnicovité)
• Liliaceae (liliovité)
• Mesembryantmemaceae (kosmatcovité)
Jacobsen, H. 1976. A Handbook of succulent plants. Vol 1-3. Blandford press.
Dorset; Rauh, W. 1971. Window-leaved succulents. Cact, Succ J. U.S.A. 46: 1225.
 Podobná světlovodná anatomie je nalézána i
u některých lišejníků!
 Tato Evoluční analogie ještě více naznačuje, že
za jistých podmínek půjde o výhodu...
„světlovodná anatomie“ u lišejníků
> 300 mm
ca. 150 mm
- obecné schéma
Labyrintha implexa
V reálu…
pohled zhora
vertikální řez
horizontální řez
Rozšíření
(Ne) Příbuznost lišejníků se světlovody
Lecanoromycetes
Naše hypotézy
1/ Umožňuje sloupcová anatomie pomalejší
vysychání
(=větší úhrnný příjem CO2 během
dehydratace)?
2/ Mají lišejníky se sloupcovou anatomií vyšší
fotosyntetickou kapacitu na jednotku plochy?
Metody
1/ Zobrazovací fluorescence chlorofylu a
2/ Měření plynové výměny (příjem CO2)
Gasometrie – příjem CO2
Najděte sedm rozdílů...
Příkladová studie II:
Inženýring fotosyntézy
Prostor pro aplikovaný výzkum či nepřípustné vměšování?
•
http://www.nature.com/news/hacked-photosynthesis-could-boost-crop-yields-1.15949
Děkuji za pozornost!