Watermolecuul vibreert met licht

Nieuws | de redactie
13 juli 2007 | Micro-organismen die in de oceanen licht absorberen vormen de basis van de voedselketen en binden broeikasgas. Ze komen voor in vele kleuren en benutten daarvoor het zonnespectrum. Maar waarom sommige kleuren zonlicht niet? UvA-onderzoekers drs. Maayke Stomp en prof. dr. Jef Huisman deden een onverwachte ontdekking: het antwoord zit verborgen in de vibraties van het watermolecuul. 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.

Met behulp van modelsimulaties hebben drs. Maayke Stomp en prof. dr. Jef Huisman van het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica (IBED) van de 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.

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.


«
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief
ScienceGuide is bij wet verplicht je toestemming te vragen voor het gebruik van cookies.
Lees hier over ons cookiebeleid en klik op OK om akkoord te gaan
OK