Hvorfor udfører mennesker ikke fotosyntese?
Fotosyntese er af altafgørende betydning for opretholdelsen af Jordens stofkredsløb. Så hvorfor kan mennesker ikke udføre fotosyntese? Det ville spare os en masse besvær, hvis vi kunne.

Hver eneste dag har et voksent menneske brug for sin egen kropsvægt af et molekyle kaldet ATP, der lagrer den kemiske energi, frigivet fra oxidation af glukose, og som leverer energien til stort set alle energikrævende processer i levende organismer. (Foto: Shutterstock)

 

I science fiction-filmene vrimler det med små, grønne mænd. Men hvorfor er mennesker ikke grønne? Hvorfor udfører vi ikke fotosyntese ligesom planterne? Det ville i sidste ende spare os for en masse besvær.

De mest kendte grønne organismer er planter. Planter er grønne, fordi deres celler er tæt pakket med organeller, små 'organer' i celler bestående af særskilte strukturer omgivet af membraner og med hver deres funktion. Disse organeller kaldes kloroplast.

Kloroplast (eller grønkorn) er, hvor fotosyntesen foregår. Kloroplasten har gennemgået en ret interessant evolutionær udvikling. Den var nemlig engang cyanobakterier og uafhængig af planterne.

Cyanobakterierne er kendte for at havde 'opfundet' fotosyntesen, den proces som sætter planter, alger og cyanobakterier i stand til at bruge sollys som en direkte energikilde til at lave vand og carbondioxid, CO2, om til sukker.

Men som enhver opfinder kan fortælle dig, lige så snart man får en god idé, hopper alle med på vognen.

Cyanobakterien var en god anskaffelse

Det var den amerikanske biolog og professor Lynn Margulis, der for alvor satte gang i teorien om, at kloroplasten i planterne faktisk var 'tæmmede' cyanobakterier, der opstod meget tidligt i planternes evolutionshistorie.

Det menes, at en af landplantens encellede forfædre omsluttede en cyanobakterie, men i stedet for at nedbryde den gik det op for den encellede plante, at det egentlig var en god anskaffelse, som kunne gøre stor nytte.

Men der findes noget, som er endnu mere afgørende for alle højere organismer, og det er en cellestruktur (eller et organel) kaldet mitokondrie.

Margulis opdagede, at en mitokondrie også engang var en frit levende bakterie, og i dette tilfælde en bakterie som kunne tæmme den kemiske energi, der var indelåst i sukkerholdige substrater som eksempelvis glukose.

Så plantens celler er i bund og grund kimærer, levende organismer der består af en blanding af celler fra forskellige individer eller arter. Det er teorien bag, hvad man kalder endosymbiont-hypotesen.

Fordelen ved kloroplast

Ejerskabet af kloroplast bringer enorme og øjeblikkelige fordele. Dyr har kun mitokondrier, som gør dem i stand til at oxidere glukose og udnytte den deraf følgende kemiske energi til at ernære deres stofskifte.

Planter er grønne, fordi deres celler er tæt pakket med organeller, små 'organer' i celler bestående af særskilte strukturer omgivet af membraner og med hver deres funktion. Disse organeller kaldes kloroplast (grønkorn). (Illustration: Shutterstock)

Men de er nødt til at finde en glukosekilde. Og det betyder, at de er tvunget til at tilbringe en stor del af tiden med at lede efter, finde, undertvinge og fortære føde.

Det skal planterne til gengæld ikke. De bruger ganske enkelt deres kloroplast til at producere deres egen glukose, som de så kan overdrage til mitokondrierne, der sørger for at frigive kemisk energi, hvis og når der er brug for det.

Det kunne godt se ud, som om alle vi andre er gået glip af noget her.

Hvis planterne kan undgå at skulle ud at lede efter glukose, kan dyrene vel også? Og det er lige nøjagtigt, hvad mange dyr gør.

 

Organismer tigger sig til, stjæler eller låner kloroplast

Kloroplast var simpelthen så god en opdagelse, at mange andre organismer formåede at tigge sig til, stjæle eller låne en kloroplast fra en fritlevende, encellet alge, som allerede var i besiddelse af én.

Denne proces kaldes sekundær symbiose og i modsætning til den primære symbiose (hvor en celle omslutter en bakterie), optages der en allerede eukaryot celle, som omdannes til kloroplast, mens blandt andet kernen forsvinder eller stærkt reduceres.

Det står ikke helt klart, hvorfor den sekundære symbiose ser ud til at forekomme flere gange, men den primære symbiose kun en enkelt gang.

Forskerne har dog for nylig fundet endnu et eksempel på en primær symbiose. Denne gang er det en ejendommelig amøbe, paulinella, som er vært, og det lader til, at amøben omslutter en cyanobakterie og derved genskaber en forhistorisk begivenhed, der er alle landplanters udspring.

 

Symbiose kan have mange forskellige udformninger

Overførslen af kloroplast ved sekundær symbiose har givet anledning til en lang række økologisk betydningsfulde organismer, hvoraf de fleste er encellede.

Disse organismer, som eksempelvis diatomé, dinoflagellater og euglenider, er opstået ved tilegnelse af kloroplast fra en alge.

Men hvad, der nok er mest interessant i denne sammenhæng, er, at disse encellede organismer, der gennemgår fotosyntese, selv var blevet optaget af flercellede dyr.

<i>Elysia grandifolia</i> er en helt fantastisk havsnegl, der stjæler kloroplast fra algerne, som den også spiser. Sneglene kan ikke vedligeholde kloroplasten særlig længe, så de har behov for en konstant forsyning. (Foto: Sylke Rohrlach via flickr, CC BY-SA)

Symbioseforholdene har udviklet sig uafhængigt mange gange, og forholdet mellem vært og symbiont kan have mange forskellige udformninger.

 

Havsneglen kan, hvorfor kan vi så ikke?

Der findes for eksempel en helt fantastisk havsnagl, Elysia grandifolia, som stjæler kloroplast fra algerne, som den også spiser. Sneglene kan ikke vedligeholde kloroplasten særlig længe, så de har behov for en konstant forsyning. Det debatteres stadig, om kloroplasten er livsvigtig for sneglen.

I den anden ende af skalaen er mange havorganismer, for eksempel koraler, kæmpemuslinger og søpunge, fuldstændig afhængige af deres symbionter og ville forgå uden dem.

Så hvis snegle og søpunge kan drage fordel af fotosyntesen, hvorfor kan vi så ikke?

Svaret ligger i gemt i det energibehov, som et stort, aktivt og flercellet dyr som mennesket har. Hver eneste dag har et voksent menneske brug for sin egen kropsvægt af et molekyle kaldet ATP, der lagrer den kemiske energi, frigivet fra oxidation af glukose, og som leverer energien til stort set alle energikrævende processer i levende organismer.

 

Vi har brug for mere hud

For at kunne producere cirka 60 kilo ATP har en voksen kvinde brug for cirka 700 gram glukose hver dag.

Når man tager den højeste hastighed, hvormed en plante udfører fotosyntese, og går ud fra, at en voksen kvindes hud har et overfladeareal på cirka 1,6 kvadratmeter, ville en kvinde med grøn hud producere sølle én procent af hendes daglige glukosebehov gennem fotosyntese.

For at være i stand til at dække sit energibehov skal en kvinde, der kan udføre fotosyntese, være i besiddelse af meget mere hud. Faktisk nok til at dække en hel tennisbane.

Vi er derfor nødt til at konkludere, at rumvæsener ser helt anderledes ud end de gør i film, eller også har fotosynteseprocessen udviklet sig til at være meget mere effektiv, end den vi ser på Jorden.

Lindsay Turnbull hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.

The ConversationOversat af Stephanie Lammers-Clark

 

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker