Yapraklar Neden Yeşil? Klorofil, Fotosentez ve Bir Bilmece

Neredeyse hangi pencereden bakarsanız bakın yeşil görürsünüz: çimenler, ağaçlar, çitler, tarlalar. Yeşil, bitkiler için o kadar olağan ki nedenini nadiren sorarız. Oysa cevap, Dünya’daki yaşamın nasıl beslendiğinin tam kalbine götürüyor ve bilim insanlarının ancak yakın zamanda çözmeye başladığı bir bilmeceyi saklıyor.

Yeşil pigment: klorofil

Bir yaprağın hücrelerinin içinde kloroplast denen ve klorofil pigmentiyle dolu minik yapılar bulunur. Klorofilin görevi güneş ışığını yakalamak ve enerjisini fotosentezi yürütmek için kullanmaktır.

Güneş ışığı beyaz görünür, ama gökkuşağının bütün renklerinin karışımıdır. Klorofil bunların hepsini eşit soğurmaz. Mavi ve kırmızı ışığı soğurmakta çok iyidir, yeşili soğurmakta ise çok daha zayıftır.

Soğurulmayan ışık ya yansır ya da yaprağın içinden geçer. Yeşil, diğer renklerden biraz daha fazla kaçtığı için bir yapraktan gözümüze ulaşan ışık yeşil açısından zengindir. Yaprakların hem üzerlerine ışık düştüğünde hem de güneş ışığı içlerinden geçtiğinde yeşil görünmesinin nedeni budur.

İki temel türü vardır: soğurma zirveleri biraz farklı olan klorofil a ve klorofil b. Yapraklarda ayrıca ışık toplamaya yardım eden ve yaprağı koruyan sarı ve turuncu karotenoidler de bulunur; ama yazın bol klorofil onları gizler.

Işık ne için kullanılır?

Fotosentez ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. Basitçe söylemek gerekirse bitkiler soğurdukları ışığın enerjisini kullanarak havadaki karbondioksiti topraktaki suyla birleştirir, şeker üretir ve oksijen salar.

Şeker bitkinin yakıtı ve yapı malzemesidir. Depolamak için nişastaya, hücre duvarları için selüloza ve sayısız başka moleküle dönüştürülür. Karadaki neredeyse her besin zinciri burada başlar.

Bilmece: Yeşil neden boşa harcanıyor?

İşin tuhaf yanı şu: Yeryüzüne ulaşan güneş ışığı en yoğun mavi-yeşil ile yeşil bölgededir. Sıfırdan bir güneş paneli tasarlasaydınız, bu bol ışığın mümkün olduğunca çoğunu soğurmasını ve koyu, hatta siyah olmasını beklerdiniz.

Bitkiler tam tersini yapar. En bol rengin daha azını soğururlar. Bu uzun süre bitki biyolojisinin açık sorularından biriydi.

Şaşırtıcı bir cevap: daha sakin bir enerji akışı

2020’de fizikçi Nathaniel Gabor ve bitki biyoloğu Richard Cogdell liderliğindeki bir ekip fiziğe dayanan bir cevap önerdi. Bir yaprağa ulaşan ışık asla sabit değildir; bulutlar geçtikçe, yapraklar kıpırdadıkça ve gölgeler kaydıkça değişir. Gelen enerjideki ani dalgalanmalar, istikrarlı bir girdiye ihtiyaç duyan fotosentez için tehlikelidir. Bir anda gelen fazla enerji zararlı moleküller üretebilir ve düzeneğe zarar verebilir.

Araştırmacılar ışık toplama sistemlerini bu “gürültüyü” en aza indirmeye çalışan bir anten gibi modelledi. Hesaplamaları, en iyi stratejinin ışığı güneş tayfının zirvesinden değil, dik kenarlarındaki birbirine yakın iki dalga boyundan soğurmak olduğunu gösterdi. Bitkilere ulaşan ışığın gerçek tayfını kullandıklarında model, klorofil a ve b’ninkilere şaşırtıcı derecede yakın soğurma zirveleri öngördü. Farklı ışık koşullarında yaşayan mor bakteriler ve yeşil kükürt bakterilerinin pigmentleri için yapılan benzer öngörüler de tuttu.

Başka bir deyişle bitkiler verimsiz oldukları için değil, temkinli davrandıkları için yeşil olabilir; biraz fazladan enerjiyi, daha güvenilir bir akış uğruna feda ediyorlar.

Yeşil tamamen boşa gitmez

Yapraklar kusursuz yeşil aynalar değildir. Tipik bir yaprak üzerine düşen yeşil ışığın çoğunu yine soğurur, yalnızca kırmızı ve maviden daha az verimli biçimde. Yeşil ışık ayrıca yaprakların derinliklerine ve bitki örtüsünün alt katlarına daha çok ulaşır; orada kırmızı ve mavi ışığın hiç ulaşamadığı hücreler ve yapraklar onu kullanabilir.

Özetle

• Yapraklar, fotosentez için ışığı yakalayan pigment klorofil yüzünden yeşildir.
• Klorofil mavi ve kırmızı ışığı güçlü, yeşil ışığı daha zayıf soğurur.
• Fotosentez ışığı kullanarak karbondioksit ve suyu şekere dönüştürür, oksijen salar.
• Bitkiler güneş ışığının en bol renginin daha azını soğurur; bu uzun süre bilim insanlarını şaşırttı.
• 2020’deki bir çalışma bunun dalgalanan ışıkta daha istikrarlı ve güvenli bir enerji akışı sağladığını öne sürüyor.
• Yeşil ışık yine de yaprakların derinliklerinde ve bitki örtüsünün alt katlarında kısmen kullanılır.