Warum sind Blätter grün? Chlorophyll, Fotosynthese und ein Rätsel

Schau aus fast jedem Fenster, und du siehst Grün: Rasen, Bäume, Hecken, Felder. Grün ist für Pflanzen so selbstverständlich, dass wir selten nach dem Warum fragen. Doch die Antwort führt ins Herz dessen, wie das Leben auf der Erde mit Energie versorgt wird – und sie verbirgt ein Rätsel, das die Forschung erst seit Kurzem zu lösen beginnt.

Der grüne Farbstoff: Chlorophyll

In den Zellen eines Blattes liegen winzige Strukturen, die Chloroplasten, vollgepackt mit dem Farbstoff Chlorophyll. Seine Aufgabe: Sonnenlicht einfangen und mit dessen Energie die Fotosynthese antreiben.

Sonnenlicht wirkt weiß, ist aber eine Mischung aller Regenbogenfarben. Chlorophyll absorbiert sie nicht gleichmäßig. Es ist sehr gut darin, blaues und rotes Licht zu schlucken, aber viel schwächer bei Grün.

Nicht absorbiertes Licht wird reflektiert oder geht durch das Blatt hindurch. Weil etwas mehr Grün entkommt als andere Farben, ist das Licht, das von einem Blatt in unser Auge fällt, grünreich. Deshalb wirken Blätter grün – ob Licht auf sie fällt oder durch sie hindurchscheint.

Es gibt zwei Haupttypen, Chlorophyll a und Chlorophyll b, mit leicht verschiedenen Maxima. Blätter enthalten außerdem gelbe und orange Carotinoide, die beim Lichtsammeln helfen und das Blatt schützen; im Sommer verdeckt sie das reichliche Chlorophyll.

Wofür das Licht gebraucht wird

Die Fotosynthese wandelt Lichtenergie in chemische Energie um. Vereinfacht: Pflanzen verbinden mit der Energie des absorbierten Lichts Kohlendioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden zu Zucker und geben Sauerstoff ab.

Der Zucker ist Treibstoff und Baustoff der Pflanze. Er wird zu Stärke zum Speichern, zu Zellulose für Zellwände und zu unzähligen anderen Molekülen. Fast jede Nahrungskette an Land beginnt hier.

Das Rätsel: Warum Grün verschwenden?

Jetzt wird es seltsam. Das Sonnenlicht an der Erdoberfläche ist im blaugrünen bis grünen Bereich am intensivsten. Würde man eine Solarzelle von Grund auf entwerfen, sollte sie möglichst viel von diesem reichlichen Licht schlucken – und dunkel, ja schwarz sein.

Pflanzen tun das Gegenteil. Sie absorbieren weniger von der häufigsten Farbe. Lange war das eine offene Frage der Pflanzenbiologie.

Eine überraschende Antwort: eine ruhigere Energieversorgung

2020 schlug ein Team um den Physiker Nathaniel Gabor und den Pflanzenbiologen Richard Cogdell eine physikalische Antwort vor. Das Licht, das ein Blatt erreicht, ist nie konstant; es schwankt, wenn Wolken ziehen, Blätter sich bewegen und Schatten wandern. Schnelle Schwankungen der Energiezufuhr sind gefährlich für die Fotosynthese, die eine gleichmäßige Versorgung braucht. Zu viel Energie auf einmal kann schädliche Moleküle erzeugen und die Maschinerie beschädigen.

Die Forschenden modellierten Lichtsammelsysteme als Antenne, die dieses „Rauschen“ minimieren soll. Ihre Berechnungen zeigten: Am besten ist es, Licht bei zwei benachbarten Wellenlängen an den steilen Flanken des Sonnenspektrums zu absorbieren, nicht an seinem Gipfel. Mit dem realen Lichtspektrum, das Pflanzen erreicht, sagte das Modell Maxima voraus, die denen von Chlorophyll a und b erstaunlich nahekommen. Ähnliche Vorhersagen passten zu den Farbstoffen von Purpurbakterien und Grünen Schwefelbakterien, die unter anderem Licht leben.

Pflanzen sind also womöglich nicht grün, weil sie ineffizient wären, sondern weil sie auf Nummer sicher gehen: etwas zusätzliche Energie gegen eine zuverlässigere Versorgung.

Grün geht nicht ganz verloren

Blätter sind keine perfekten Grünspiegel. Ein typisches Blatt absorbiert den Großteil des grünen Lichts trotzdem, nur weniger effizient als Rot und Blau. Grünes Licht dringt zudem tiefer ins Blatt und durch das Blätterdach nach unten, wo es Zellen und Blätter nutzen können, die rotes und blaues Licht nie erreicht.

Kurz gesagt

• Blätter sind grün wegen des Chlorophylls, das Licht für die Fotosynthese einfängt.
• Chlorophyll absorbiert blaues und rotes Licht stark, grünes schwächer.
• Die Fotosynthese macht mit Licht aus Kohlendioxid und Wasser Zucker und setzt Sauerstoff frei.
• Pflanzen absorbieren weniger von der häufigsten Farbe des Sonnenlichts – lange ein Rätsel.
• Eine Studie von 2020 deutet auf eine gleichmäßigere, sicherere Energiezufuhr bei schwankendem Licht hin.
• Grünes Licht wird tiefer im Blatt und weiter unten im Bestand teilweise genutzt.