Afbeelding in de hoofding: Microscopische opname van moscellen. Chlorofyl zich bevindt in de membranen van chloroplasten (bladgroenkorrels). Plagiomnium affine, . Bron: Wikipedia, foto van Kristian Peters (‘Fabelfroh’).
We hebben gezien dat de Cyanobacteriën het Z-schema hebben uitgevonden om oxigene fotosythese mogelijk te maken (2.17.), en dus elektronen van de watermoleculen af te splitsen. De fotosynthetische pigmenten gebruiken daarbij vooral rood en blauw licht, waardoor het geel-groen meer gereflecteerd wordt. Daarom zijn Cyanobacteriën dus groen. En aangezien hun geniaal mechanisme later geadopteerd werd door de voorouders van planten, zijn ook planten vooral groen.
Maar eigenlijk verklaart dit op zich niet waarom de pigmenten in het Z-schema nu juist het blauw en rood licht zijn gaan gebruiken. Dit mechanisme was theoretisch misschien ook wel mogelijk geweest met andere delen van het zichtbaar licht op Aarde. Meer nog, onze zon straalt iets meer groen licht uit dan rood of blauw, en hoe roder het licht, hoe minder het doordringt in diepere waterlagen. Waarom hebben de Cyanobacteria dan voor rood en blauw gekozen? En zouden fotosynthetische organismen op andere planeten ook die voorkeur hebben? Met andere woorden, mogen we verwachten dat buitenaardse ‘planten’ ook groen zijn? Het antwoord op deze vraag is niet bekend, maar er zijn wel enkele hypothesen die enige aanwijzingen kunnen geven.
Hypothese 1: Groen om te concurreren tegen paars
Een eerste hypothese zoekt de oorzaak in de concurrentie met de organismen die aan anoxigene fotosynthese deden en er eerder waren dan de Cyanobacteria. We bedoelen dan vooral de voorouders van de Purple bacteria, de paarse zwavelbacteriën. Zij gebruiken meer geel-groen licht. Vermoedelijk waren zij al dominant aanwezig in de ondiepe wateren op Aarde wanneer de Cyanobacteriën begonnen met de oxigene fotosynthese. Door de talrijke aanwezigheid van de purperbacteria zou daarom vooral het blauw en rood licht nog beschikbaar geweest zijn in de waterlagen net onder de laag van de purperbacteria (en het groen licht was al grotendeels geabsorbeerd door de concurrentie). Dan was het dus gewoon een kwestie van de meest beschikbare lichtbron. Niemand weet of dit echt een rol gespeeld heeft in de ontwikkeling van oxygene fotosynthese. Het is in dat geval ook wel een beetje vreemd dat er nadien geen andere mechanismen meer ontwikkeld zijn, waarbij oxygene fotosynthese wel mogelijk is met voornamelijk geel-groen licht. Want sinds dat er voldoende vrije zuurstof op Aarde is, hebben de Purperbacteriën zich teruggetrokken in zuurstofarme milieus, en zijn de Cyanobacteriën dominant geworden elders.
Hypothese 2: Productie in een dikkere waterlaag
In de bovenste waterlaag (waar veel licht is) zullen Cyanobacteriën dus het blauw en rood licht meest absorberen. Het overblijvend licht bevat vooral geel-groene frequenties. Dit groen licht kan dieper (dan blauw licht) het water binnendringen. Als je dus iets dieper in het water leeft, krijg je dus vooral groen licht binnen. De fotosynthese van Cyanobacteriën werkt ook wel met groen licht, maar minder efficiënt. Echter, minder efficiënte productie is nog altijd beter dan geen productie. Mocht het groen licht al grotendeels opgebruikt zijn in de bovenste lagen, dan zou het overblijvende blauw licht minder diep geraken (de cellichamen van de bovenste bacteriën houden het tegen), en dan zouden die diepere lagen helemaal geen productie meer hebben via fotosynthese. Rood licht geraakt ook niet goed in de diepe lagen, omdat rood licht al door het water zelf snel geabsorbeerd wordt.
Het lijkt er dus op dat de totale biomassa productie van de populaties Cyanobacteriën iets groter is wanneer ze groen licht als ’tweede keus’ hebben. Er is dan bioproductie in een dikkere waterlaag. Dit zien we ook bij fotosynthese van plantenbladeren. Het chlorofiel in de diepere bladlagen kan nog (beperkt) productief zijn omdat groen licht dieper doordringt.
Hypothese 3: Groen licht droogt je misschien sneller uit?
Verdamping van water is ingewikkelder dan het lijkt. Iedereen weet wel dat hogere temperaturen en snellere luchtverversing (wind) uitdrogend werken. Maar recent onderzoek heeft ook aangetoond dat er extra mechanismen bestaan, zoals “fotomoleculaire verdamping”. Planten en bacteriën willen niet uitdrogen, dus elk extra verdampend effect is te vermijden.
Fotomoleculaire verdamping verklaart waarom je verdamping kan versnellen met alleen toevoeging van licht, zonder dat je warmte of luchtverversing toevoegt. De energie van invallend lich kan namelijk groepjes van watermoleculen losmaken uit het bovenste wateroppervlak, onafhankelijk van warmte-energie. Dit kan de verdamping dus doen versnellen. Nu blijkt uit onderzoek dat groen licht iets meer dan andere frequenties in staat is tot fotomoleculaire verdamping. Daarom is het mogelijks interessanter voor fotosynthetische cellen om groen licht meer te weerkaatsen, en in de plaats daarvan vooral rood en blauw licht te absorberen.
Of de bovenstaande 3 hypothesen een belangrijke bijdrage hebben tot de finale kleur van chlorofiel (groen dus) is niet bekend. Elk foton van zichtbaar licht kan een bijdrage hebben aan fotosynthese. De voorkeur van blauwe en rode fotonen bij oxygene fotosynthese is dus eigenlijk niet met zekerheid verklaard. Dat is jammer, want zo is het moeilijk om te voorspellen welke kleur buitenaardse planten zouden hebben. Als er een strijd om licht is tussen verschillende planten of bacteriën, dan zou je verwachten dat zwarte planten in het voordeel zijn (die absorberen elke kleur). Dat is niet wat we zien op Aarde, zelfs niet op plaatsen waar beschikbaar licht beperkt is.