Siden Thomas Edison udviklede den første elektriske glødepære i 1879, har måden vi producerer lys på ikke ændret sig meget.

LED-pæren har reduceret strømforbruget markant, men bruger stadig strøm, og det bidrager til den globale opvarmning, da det meste af vores elektricitet kommer fra fossile brændstoffer.

Vi har brug for en ny metode til at producere lys på, som ikke skal bruge elektricitet, men i stedet kan udnytte naturens energi.

I USA har de allerede været i gang i et par år. På DTU er vi lige nu i gang med den første danske forskning, der viser, at selvlysende organismer måske i fremtiden vil kunne oplyse vores byer med fantastisk turkisblåt lys.

Der er dog nogle klare udfordringer, som vi skal løse, før fremtidens belysning er klar til markedet.

Det kræver muligvis, at vi flytter gener fra den selvlysende alge over i andre grønne organismer, måske højere planter, som vil kunne lyse mere effektivt.

Sådan vil en by i fremtiden se ud om natten, når den oplyses af selvlysende planter og alger. (Illustration: Signe Friis Schack, Allumen IVS)

Mikroalger lyser i mørket

Alger findes overalt på jorden og i havene, og de har en enorm betydning for livet, som vi kender det.

Mange forbinder alger med tang (også kaldet makroalger), men faktisk er langt de fleste alger mikroalger, der er så små, at det kræver et mikroskop for at se dem.

Nogle af disse mikroalger, såkaldte dinoflagellater, udsender kraftigt blåt lys om natten i et fænomen, som kaldes bioluminescens.

'Bio' henfører til, at organismen som udsender lys, er levende. 'Luminescens' betyder, at lyset produceres som resultat af en kemisk reaktion.

Fænomenet hvor milliarder af mikroskopiske alger lyser havet op, har man kendt til i mere end 2.500 år.

Man kan faktisk også selv være heldig at opleve dette fænomen under varmere himmelstrøg på bestemte årstider. Algerne lever omkring ækvator over hele kloden helt fra Brasilien til Australien.

To molekyler mødes, og lys opstår

Men på trods af, at vi har kendt til fænomenet så længe, ved vi stadigvæk overraskende lidt om algerne, der er involveret, og hvordan de producerer lyset.

Når algerne om natten bliver sat i bevægelse, udsender de blåt lys. Det forekommer eksempelvis, når et rovdyr svømmer tæt på algen og skaber en strømhvirvel, der rammer algen. Eller når en bølge rammer algen tæt ved kysten.

Tegningen viser, hvordan enzymet luciferase ændrer sig i forhold til pH-ændringer, og hvordan enzymet overfører energi til substratet luciferin. Luciferase er illustreret som den gule Pacman, og luciferin er illustreret som den grønne trekant. (Illustration: Signe Friis Schack, Allumen IVS)

To molekyler er vigtige for produktion af lys: Luciferase, som er et enzym, og luciferin, som er et molekyle, der stammer fra fotosyntesen.

Når algen registrerer rystelser, vil der blive sat en lang række kemiske reaktioner i gang inde i cellen, hvilket får pH-værdien til at falde. Når pH-værdien falder til 6, bliver enzymet luciferase aktiveret.

Luciferase vil derefter binde til luciferin og overføre energi til luciferin igennem oxidation, som er den proces, hvor elektroner fjernes fra luciferin. Denne energi bliver så frigivet fra luciferin i form af et fantastisk blåt lys.

Man ved faktisk ikke præcist hvordan det oxiderede luciferin udsender lys; det er indtil videre kun teoretisk påvist og ikke eksperimentelt bestemt. 

Det kræver altså energi for algen at producere det fantastiske lys.

Biologisk solcelle og levende lampe i en og samme organisme

De selvlysende alger bruger energi til at udsende lys og kan derfor sammenlignes med en lampe, som skal sættes i stikkontakten, så den kan lyse.

Men hvor en lyspære skal bruge strøm fra stikkontakten, får algerne energi fra en helt anden energikilde, nemlig solen.

Det fantastiske ved algerne er, at de bruger energien fra solens stråler til at producere energi igennem fotosyntesen.

Denne illustration viser, hvordan alger lever naturligt i havet, og hvordan de optager CO₂ og producerer energi igennem fotosyntesen ved hjælp af solens stråler. (Illustration: Signe Friis Schack, Allumen IVS)

Denne energi bliver så forbrugt af algerne til en lang række processer i cellerne.

Algerne kan ses som en lille lampe, der bliver drevet af en solcelle. Algerne bliver 'opladt' af solens lys i løbet af dagen, og om natten kan de så oplyse verden med det smukke blå lys.

Der findes andre selvlysende dyr, svampe og bakterier, men de kræver allesammen føde for at kunne producere energi til at lyse. Algerne kan derimod nøjes med sollys og CO₂, som begge er 'uudtømmelige' energikilder.

Derfor er det smart, at bruge alger og planter til at producere biologisk lys, da produktionen er meget miljøvenlig og fuldstændig CO₂-neutral.

Bæredygtige byer med levende lys

Vi bruger en stor del af den samlede elektricitet til at oplyse huse, veje, parker og så videre, men størstedelen af elektriciteten kommer stadigvæk fra afbrænding af fossile brændstoffer, som øger kuldioxidniveauet i luften og derfor resulterer i global opvarmning.

Vi har i stedet brug for bæredygtigt lys.

Mikroalgerne vokser i saltvand, men så længe de vokser i en lukket beholder, kan de fungere som en biologisk lampe, som eksempelvis kan bruges til at oplyse butiksvinduer og husfacader og som pærer i lygtepæle langs veje og i parker.

Selvlysende alger er første led i udviklingen af biologisk lys, men der er nogle helt tydelige udfordringer ved at bruge mikroalger som lamper.

Algerne skal sættes i bevægelse for at lyse, hvilket er problematisk, hvis man forestiller sig at implementere dem i en lampe – og algerne lyser kun, så længe de har energi.

Mere forskning skal oplyse os

For at producere en biologisk lampe, som kan producere lys hele natten, også uden bevægelse, kræver det, at vi tænker i helt nye baner.

Lige nu forsøger vi at opklare, hvilke gener algerne bruger til at udsende lys, og derefter flytte disse gener over i andre fotosyntetiserende organismer for at kunne få en plante, der kan lyse hele natten lang.

Det er endnu ikke lykkedes og kræver flere års forskning.

Men forestil dig, at du kommer til en by i fremtiden, hvor al gadebelysning er erstattet af fantastisk blåt lys fra planter.

Oplysning om økonomiske interesser: Virksomheden Allumen IVS, bl.a. startet af en af denne artikels forfattere, Kristian Ejlsted, sælger på nuværende tidspunkt alger til undervisningsbrug og til private, der gerne vil have deres egne selvlysende alger derhjemme.