Forschende der TU denken Fotosynthese neu
Interdisziplinäres Projekt der Biologie sowie der Elektrotechnik und Informationstechnik
23.11.2022
Die Fotosynthese gilt als gut erforschter Prozess, ihre Funktionsweise ist durch über mehrere Jahrhunderte Forschung hinreichend durchleuchtet – so könnte man meinen. In einem interdisziplinären Projekt der Fachbereiche Biologie sowie Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Darmstadt wird das seit Generationen bekannte Wissen um diesen Prozess mit aktuellen wissenschaftlichen Methoden revolutioniert. Damit eröffnen sich bisher ungeahnte Möglichkeiten für die landwirtschaftliche Nahrungsmittelproduktion.
Mittels Fotosynthese wandeln Pflanzen und Mikroalgen Sonnenenergie in biochemisch verfügbare Energie um, also in Nahrung. CO2 wird dabei in Form von Zuckern fixiert, und Sauerstoff wird freigesetzt. Fast der gesamte Sauerstoff in der Erdatmosphäre ist darauf zurückzuführen. Die Fotosynthese ist der einzige Prozess zur Reduzierung von atmosphärischen CO2, der global von Bedeutung ist. Seit fast 400 Jahren wird die Fotosynthese wissenschaftlich untersucht. Dementsprechend ist viel über die Biologie, Biochemie, Physik und weitere Zusammenhänge in dieser Beziehung bekannt.
Das Erstellen von Modellen der Fotosynthese-Vorgänge ermöglichte es, ein Bild von der Bedeutung einzelner Faktoren wie Licht, Wasser, Temperatur oder CO2-Konzentration zu erhalten. Die Modelle wurden in Form mathematischer Gleichungen aufgestellt, mit denen Fotosynthese-Vorgänge beschrieben sowie Vorhersagen über den Einfluss einzelner Faktoren unter kontrollierten Bedingungen getroffen werden können. Solche Modelle sind für die Anzucht von Pflanzen in der Landwirtschaft und im Gewächshaus von enormer Bedeutung.
In der Praxis stellte sich jedoch heraus, dass die Modelle lediglich unter bestimmten Bedingungen gut anzuwenden sind, weil komplexe Einflüsse aus der Umwelt wie Wind, Trockenheit, Temperatur, aber insbesondere die Reaktion der betroffenen Pflanze selbst im Modell nur unzureichend berücksichtigt werden. Gerade das Licht ist einer der Faktoren, die die Fotosynthese wesentlich beeinflussen, und die vorhandenen Modelle stoßen hier an ihre Grenzen.