Příklad jak sítkový efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je znázorněn model listu, ve kterém je chlorofyl obsažen rovnoměrně. Ve spodní části obrázku je chlorofyl zakoncentrován pouze v polovině modelu listu, přičemž zbylá část bez chlorofylu světlo vůbec neabsorbuje. U červeného světla po zahrnutí sítkového efektu klesla pohltivost z 90 % na 49,5 %, ale u zeleného světla klesla pohltivost z 20 % jen na 18 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)

Pomocí osudu viditelného světla dopadajícího na listy se vysvětluje zbarvení rostlin následovně. V bílém světle obsažené fotony modrého a červeného záření rostlina pohlcuje a zachycenou energii směřuje do reakčních center fotosyntézy, aby poháněla známou chemickou rovnici přeměny oxidu uhličitého a vody na glukózu a kyslík, zatímco těmi zelenými pohrdá. Nechává je procházet svými pletivy, nebo odrážet se od nich. Ty pak dopadají v nadbytku na sítnici pozorovatele a vytvoří vjem o zeleném zbarvení. Kdokoli obeznámený s výše popsaným principem bez doplnění o reálnou bilanci musí dospět k závěru, že zelené světlo postrádá pro rostliny význam.

Příklad jak détour efekt ovlivňuje pohltivost pro červené silně absorbující se záření a zelené nízko absorbující se záření. V horní části obrázku je délka optické dráhy rovna tloušťce modelu listu. U spodní části obrázku je optická dráha odrazy uvnitř modelu listu prodloužená trojnásobně. U červeného záření nastane malé zvýšení pohltivosti z 90 % na 99,9 %, ale u zeleného záření pohltivost vzroste výrazně z 20 % na 48,8 %. (podle: doi:10.1093/pcp/pcp034)

Dojem o jeho bezcennosti prohlubuje i zjištění, že rostliny jemu vystavené se chovají stejně jako by byly umístěny ve tmě. Začnou blednout, přestanou vyvíjet listy a spustí dlouživý růst ve snaze překonat domnělou stínící překážku. Kdežto zbylé části viditelného elektromagnetického záření vyvolávají spíše opačné reakce. Jsou totiž pro ně nositelem signálu z prostředí, kterým získávají informace pro regulaci svého růstu a vývoje. Podcenění zelené částí spektra šlo až tak daleko, že ho rostlinní fyziologové začali využívat při experimentech jako bezpečné osvětlení, kterým si mohou vesele na pokusné objekty svítí a nenaruší výsledek pokusu. To už dnes neplatí a i zelené světlo je prokazatelně biologicky účinné. Nicméně zřejmě nezprostředkovává žádnou zásadní regulační funkci, a proto ve snaze vylepšit jeho image je potřeba se přesunout k disciplíně, kde se bude posuzovat příspěvek do fotosyntézy.

Na první pohled se zdá, že postavení zeleného světla jako loosera nezachrání ani objektivní zkoumání absorpčního spektra v roztoku izolovaného fotosyntetického barviva rostlin chlorofylu. Slabá absorpce v zelené oblasti potvrzuje pouze malý význam pro fotosyntézu. Přitom k obratu náhledu stačí provést podobné pozorování na živém materiálu a reálně změřit kolik světla bude pohlceno pletivy. V listu salátu uvízne 50 % zeleného světla a skrz list stálezelených dřevin ho neprojde až 90 %. V prvním případě se pohltí polovina a v druhém dokonce podstatná část záření. Tedy mnohem víc než by vyplývalo z absorpčního spektra chlorofylu. Pro srovnání odpovídající hodnoty pohltivost pro modré a červené světlo leží v rozmezí 85-95 %.

Vedle modře a červeně jsou zeleně emitující diody zahrnuty v konstrukci zařízení pro kultivaci rostlin, se kterým experimentuje NASA pro zamýšlenou produkci potravin v mimozemských zahrádkách. Obrázek ukazuje pozemský pokus v Kenedyho vesmírného středisku. Kredit: NASA Kennedy, KSC-20160106-PH_CSH0001-0048, CC BY-NC-ND 2.0.

Jak si ale vysvětlit rozpor mezi měřením ve zkumavce a reálným vzorkem? Soudí se, že na svědomí ho mají dva efekty v literatuře označované slovy sítkový a détour. Sítkový efekt počítá s tím, že chlorofyl není v listech uložen rovnoměrně jak při jeho zkoumání v kyvetě. Obsahují ho pouze buněčné organely chloroplasty, které tvoří na listové ploše pomyslnou šachovnici, kde se střídají místa absorbující světlo silně s místy se slabou absorpcí. Výsledná pohltivost takového uspořádání v porovnání s rozptýleným chlorofylem je sice obecně nižší, ale úbytek pohltivosti je vyšší pro silně absorbující se záření jako červené světlo a velmi malý pro nízko absorbující se záření jako je zelené světlo. Druhý efekt détour spočívá v prodloužení optické dráhy světla odrazy uvnitř listu. Silně absorbující se záření získá prodloužením optické dráhy malé navýšení pohltivosti, zatímco nízko absorbující se značné. Nejlépe dopad efektů dokumentují příklady na obrázcích.

Ke spravedlivému soudu nestačí pouze vědět o kolik záření zesláblo po průchodu listem, nýbrž i to co se stalo se zachycenou energií jim nesenou. Existují tři možnosti marnotratná přeměna v teplo, zpětná emise v podobě fluorescence a chvályhodné zpracování ve fotosyntéze. Ačkoli fluorescence chlorofylu je parazitní děj a snižující účinnost fotosyntézy, dovoluje nám nedestruktivně získat soubor parametrů o fotochemických a nefotochemických pochodech, které prozradí vše, co je potřeba k vyřešení otázky, kolik zachyceného světla chloroplasty uloží do chemických vazeb a kolik ji přijde vniveč. Z nich vyplývá, že absorbované červené a zelené světlo proces fotosyntézy využívá stejně efektivně. Zatímco efektivita u modrého světla pokulhává jako chromý kůň. Zejména protože ho kromě chlorofylu absorbují i jiné látky například flavonoidy obsažené ve vakuole místa bez návaznost na chloroplasty. Ani absorpce na karotenoidech uložených na tylakoidních membránách chloroplastu není výhra. Nepřenášejí fotosyntetická kvanta do reakčních center a pokud ano tak s mizernou účinností.

Další studium zaměřené na zjišťování příspěvku světla různých vlnových délek do procesu fixace oxidu uhličitého napříč listovým profilem mění pohled na užitečnost středobodu těchto odstavců ještě více. Ve fotosynteticky aktivní vrstvě listu nejblíže ke zdroji záření palisádovém parenchymu kraluje modré a červené světlo. Přičemž to červené cestou ztrácí svoji moc pomaleji. A však hlouběji od rovněž fotosynteticky aktivního houbového parenchymu bifaciálního listu již asimilační žezlo přebírá a nepustí světlo zelené. Střídání vlády v barevném sledu modrá, červená a zelená odráží schopnost záření pronikat mezenchymálním pletivem. Domnělá nedostatečnost zelného světla spočívající ve slabší absorpcí ho činní hlavním zdrojem “potravy” níže položených chloroplastů pro přeměnu oxidu uhličitého.

Teď už je konečně možné kvalifikovaně odpovědět na otázku z úvodu. Opomíjená zelená složka viditelného světla byť skutečně není ve významu rovnocenným partnerem zbývajících složek zejména v regulační funkci, energeticky přispívá do procesu fotosyntézy. Má i svůj specifický fotosyntetický účinek v hlubších vrstvách listu, který nemůže být zastoupen světlem jiné barvy. Nevyužita zůstává pouze část zeleného záření. I když je slovo nevyužita správně zvoleno? Okouzlení z relaxaci navozující barvy, na kterou jsou mimochodem oči obratlovců nejcitlivější, svádí k pošetilé myšlence, že rostliny jsou zelené, proto aby udělaly radost nám živočichům. Přeci jenom kdyby se chtěly chovat sobecky a po vzoru Otesánka nenasytně spořádaly všechny sluneční paprsky, tak by nás během nedělní procházky lesem obklopoval ponurý svět v odstínech šedi a v horším případě v barvě tuše.

Literatura:

doi:10.1093/pcp/pcp034

doi: 10.1046/j.1365-3040.2000.00563.x