A Hét 1988/2 (33. évfolyam, 27-52. szám)
1988-08-05 / 32. szám
ru LnJ TUDOMÁNY TECHNIKA MIÉRT ZÖLDEK A FÁK? a fotoszintézis a növényvilág legfontosabb életfolyamata, amely nemcsak a növények, hanem az állatok és az emberiség létének alapját is képezi. E folyamat során a növények a napfény energiájának felhasználásával szén-dioxidból és vízből egyszerű szerves anyagokat (cukrokat) gyártanak, miközben oxigén szabadul fel. Növényeink többsége zöld színű, mivel klorofillt tartalmaznak, amely a látható fény spektrumának vörös és kék végén képes fényelnyelésre, és ezt használja fel a fotoszintézis során. A növény visszaveri a közöttük levő hullámhossz-tartomány sugarait — főként a zöldet —, és ez az, amit látunk. Ideális esetben a fotoszintézist végző pigmentnek feketének kellene lennie. Ez esetben a teljes látható tartomány valamennyi fénysugarát elnyelné, és nem maradna felhasználatlanul a fény energiájának egy része. Miért „választotta" a természet mégis a zöld színt ? A kérdés megválaszolásához vissza kell nyúlnunk az élet kialakulásának kezdeteihez. Ekkoriban (kb. 3—4 milliárd évvel ezelőtt) a sós tavak vizében igen nagy számban élt egy különleges, fotoszintézisre képes baktérium, a Halobacterium, mely a fotoszintézist meglehetősen primitív módon végezte. Klorofill helyett egy lila pigment található benne, az ún. bakteriorodopszin. Eltérően a mai fotoszintetizáló szervezetektől, a Halobacterium nem képes szén-dioxidot és vizet felvenni, és cukorrá alakítani őket. A pigmentje révén elnyelt fényenergiát arra használja fel, hogy lebegjen, tápanyagokat vegyen fel és metabolikus folyamataihoz ATP-t (adenozin-trifoszfát) gyártson, amely e folyamatok energiáját szolgáltatja. A bakteriorodopszin lila színe természetes szelekció során alakult ki — a látható spektrum közepén lévő hullámhosszok széles sávjában képes fényelnyelésre. A fotoszintézis szempontjából főleg a spektrum látható és ahhoz közeli fénysugarai tartalmaznak megfelelő mennyiségű energiát. Ugyancsak fontos tényező, hogy a víz, amely e baktérium életterét képezi, igen erősen elnyeli a látható fény tartományán kívüli sugarakat — mindez érthetővé teszi a lila pigment kialakulását. A Halobacterium azzal a jelentős előnnyel rendelkezett a korai élet más formáival szemben, hogy az életfolyamataihoz szükséges energiát egy kiapadhatatlan energiaforrásból, a napfényből szerezte, nem pedig az ún. „ősleves" szerves anyagainak anaerob fermentációjából. Bármennyire eredményesek voltak is, a lila baktériumoknak volt egy nagy hiányosságuk: nem tudták a szén-dioxidot megkötni, amely a rengeteg, nem fotoszintetizáló szervezet fermentációs reakciója során keletkezett. Mivel nem volt hatásos módszer a felszabaduló szén-dioxid megkötésére, a bioszféra állandó szénvesztése az élet kipusztulásával fenyegetett. A megoldást egy új organizmus felbukkanása jelentette. Ez a baktérium a viz mélyén, üledékek felszínén élt, és egy újfajta fotoszintetikus pigmentet tartalmazott. A pigment, amely a baktérium membránjában foglalt helyet, azzal a képességgel rendelkezett, hogy elektronokat pumpáljon be a testbe, amelyek segítségével a szén-dioxid cukorrá redukálható. Működésükhöz az elektronokat feltehetőleg az üledékben fellelhető szerves anyagokból, leginkább kénvegyületekből nyerték. Mivel a baktérium az üledékben élt, valószínűleg csak kevés fényhez jutott. Az a kevés is a spektrum vörös és kék sugaraiban volt gazdag, hiszen a többit kiszűrték a vízben lebegő Halobacteriumok. így egyáltalán nem meglepő, hogy bennük olyan pigment fejlődött ki, amely specifikusan e hullámhosszakon abszorbeált. Ahogy a bioszféra szegényedett a szerves vegyületekben, úgy nőtt a szén-dioxid-megkötés jelentősége. Az új, zöld színű fotoszintetizáló baktériumok virágzásnak indultak, míg a lilák kipusztultak. Mivel a szén dioxid megkötéséhez nélkülözhetetlen elektrodonorok, az S-vegyületek szűkös mennyisége korlátozta a megköthető szén-dioxid menynyiségét, a baktériumok elkezdték a korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló vizet bontani. Az elektron elvonása során a vízmolekulák elbomlanak, és oxigén termelődik. Mivel az a feszültség, amely egyetlen, fény által gerjesztett klorofillmolekula elektronpumpa-tevékenysége során létrejön, nem elegendő ahhoz, hogy a vízről elektron szakadjon le, a fejlődés során kialakult egy második elekronpumpa-rendszer is. Ennek feladata az elektronok leszakítása a vízről. Kifejlődése az evolúció egyik legfontosabb lépése volt. Ettől kezdve a szén mennyisége növekedésnek indult a bioszférában, a termelődött oxigén pedig lehetővé tette az aerob élőlények, többek között az állatfajok kialakulását. A lila baktériumok kipusztulása után a látható spektrum középső hullámhosszú sugarai is hozzáférhetővé váltak. Ezért elkezdődött egy olyan folyamat, amely „járulékos Egy kézitáskában ... hordozható szénmonoxid-mérőt fejlesztett ki egy angol cég. A Smokerlyser nevű készülék könnyű, hordozható, és telepről működik. Kezeléséhez nem kell különösebb szakértelem. A páciens belefúj a csőbe, és a kilélegzett levegő szén-monoxidtartalma azonnal megjelenik a kijelzőn. Ahogy növekszik a szénmonoxid-tartalom, a jelzés fokozatosan átmegy sárgából pirosba. A készülék hangot is ad, melynek magassága a gáz töménységével arányosan növekszik. A készüléket sikerrel alkalmazták erős dohányosok leszoktatásakor, ugyanis mind a méreggel telítettség ténye, mind pedig a sivító hang riasztó hatással volt a füstölés híveire. A másik felhasználási terület a szénmonoxid-mérgezettek állandó megfigyelése. Ha leszerelik a befúvócsövet, akkor a készülék levegömintá-. ból méri a környezet szén-monoxid szennyezettségét. Kisebbek lettek az emberek fogai Amerikai antropológusok egy csoportja a történelem előtti és a modern ember fogazatának vizsgálatával foglalkozik. Megállapították, hogy tízezer év alatt az emberi fogak mérete a felére csökkent. Nem tudni, mi a jelenség oka; a csökkenés valószínűleg a táplálkozási szokások alapvető változásának a következménye. Erdődiagnosztika Becslések szerint Ausztria 37 500 négyzetkilométer kiterjedésű erdőinek 30 százaléka beteg. Például az alpesi erdők azért is fontosak, mert védenek a földcsuszamlás, a lavinák ellen. Az erdők egészségének felmérésére megbíztak egy mérnökökből álló munkaközösséget, amely infravörös kamerával készített légi felvételek számítógépes feldolgozásával állapítja meg az erdők egészségi állapotát. Első ízben lehet így az erdők betegségeit és azok fokát a felszínt bemutató infravörös légi felvételekkel és topográfiai adatokkal egybevetni. Az eredmények eddig nem sok jót ígérnek: a fák többsége fertőzött, fokozódott a lavinaveszély, ezért egyes területeket el kellett zárni a téli sportok kedvelői elöl. pigmentek" révén megpróbálja kiaknázni a spektrum addig kihasználatlan középső területeit. Ezek a pigmentek átadják energiájukat a klorofillnak egy egyszerű, rezonanciatranszfernek nevezett fizikai folyamat révén. Ilyen járulékos pigmenteket találtak pl. a cianobaktériumban és még inkább a vörös algákban. Ez utóbbiak a narancs és a zöld régióban is képesek fényelnyelésre, így a spektrum jóval nagyobb részét fedik le. Nevükkel ellentétben (amely a zöld sugarakat elnyelő vörös pigmentjeikre utal) a vörös algák nagyon sötét színűek, megközelítik a feketét — az ideális színt. A vízfelszín közelében élő algák és a szárazföldi növények, amelyek nem szűkölködnek fénysugarakban, mivel nincsenek rákényszerítve a fényenergia maximális kihasználására, csaknem teljesen a klorofillre támaszkodnak. Bár itt is kialakult a klorofill A mellett járulékos pigmentként működő klorofill B, Így is igen széles az a tartomány, ahol a fény abszorbeálatlanul távozik el. így a növény tekintélyes mennyiségű energiát veszít a spektrum középső tartományában, és a zöld fényt veri vissza. Ennek a hiányosságnak azonban megvannak a maga előnyei. Kevesen gyönyörködnénk a látványban, ha zöld tájaink feketévé változnának a fotoszintetikus hatékonyság növelése érdekében. Hálásak lehetünk a sok millió évvel ezelőtt élt lila baktériumoknak: ők jelentették azt a szelekciós erőt, amely a mai vegetációt zölddé alakította. Sőt, fotoszintetikus pigmentjük vezetett látópigmentjeink kialakulásához, lehetővé téve azt is, hogy gyönyörködhessünk mindebben. Farasz csodái Egy ismeretlen szudáni faluban, Egyiptom és Szudán Nílus menti határterületén immár húsz éve végeznek ásatásokat lengyel régészek az UNESCO felhívása alapján. Kutatásaik eredményei meghökkentöek. Egyebek között rábukkantak egy korai keresztény építészeti együttesre, amely dómból, püspöki palotából, kolostorból, számos kápolnából és püspöki temetőből áll. Alighanem ez az együttes volt az akkori keresztény Núbia vallási és igazgatási központja. Az egyik sírban meghökkentő felfedezésre jutottak: Petrosz püspök (i. u. 999-ből) sírja kupolával együtt önálló kápolnát alkotott. A kutatások alapján nincs kétség afelől, hogy Petrosz püspök fekete afrikai volt. Ezt a tényt a dóm falán felfedezett festmény is megerősíti, fekete bőrszínnel ábrázolva egy püspöki öltözékben levő idős férfit. Ezeket a falfestményeket egyébként a világ szaksajtójában Farasz csodáiként emlegetik. Jelenleg a képek egy része a Khartumi Nemzeti Múzeumban, másik részük a Varsói Nemzeti Múzeumban található. 16
