Kerstbomen blijven groen in winter vanwege shortcut in fotosynthese

Dennenbomen zijn geliefd als kerstboom omdat deze groen blijven in de winter. Hoe kan het dat naaldbomen hun groenen naalden behouden terwijl andere bomen in de winter hun bladeren verliezen? Een internationaal team van wetenschappers, waaronder onderzoekers van de afdeling Biofysica van fotosynthese van de Vrije Universiteit Amsterdam, heeft eindelijk een antwoord gevonden op deze vraag.

15-12-2020 | 14:50

Het team ontdekte dat een kortere route in het fotosynthetische mechanisme ervoor zorgt dat de naalden van dennenbomen het hele jaar groen blijven. De studie is deze week gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Overtollige lichtenergie
Bij fotosynthese wordt lichtenergie geabsorbeerd door de groene chlorofylmoleculen. In de winter kan deze energie niet goed gebruikt worden in het fotosynthetische proces omdat door de vrieskou de meeste biochemische reacties stoppen. Het overtollige licht kan schade veroorzaken, wat zelfs fataal kan worden voor de boom of plant. Daarom zorgen de meeste soorten ervoor dat ze op tijd hun chlorofylmoleculen kwijtraken zodra de omstandigheden erom vragen. De bladeren krijgen herfstkleuren en uiteindelijk vallen ze af. Naaldbomen behouden echter hun groene naalden. Kennelijk blijft hun fotosynthetische systeem intact, zelfs tijdens extreme winters.

Kortere route
Hoe kan dit? Onder normale omstandigheden werken er in planten en bomen twee zogeheten fotosystemen naast elkaar. Hierin wordt lichtenergie geabsorbeerd en omgezet in chemische energie. Deze twee fotosystemen werken samen, maar worden strikt gescheiden gehouden van elkaar, om een efficiënte fotosynthese mogelijk te maken. Bij naaldbomen echter, wordt de structuur van het membraan waarin deze systemen zich bevinden anders georganiseerd, waardoor ze in direct contact komen met elkaar. De onderzoekers toonden aan dat het ene systeem dan direct energie doneert aan het andere systeem. Deze kortere route beschermt het chlorofyl en de groene naalden wanneer de omstandigheden extremer worden.

Ultrasnelle fluorescentie
Om dit aan te tonen, combineerde het onderzoeksteam biochemische analysemethoden met de zeer geavanceerde, ultrasnelle fluorescentiemetingen en -analyses. Zo konden ze aantonen hoe de dennennaalden omgaan met overtollige lichtenergie om hun gevoelige fotosynthesemechanismen te beschermen. “We moesten de apparatuur wel even aanpassen voor het analyseren van dennennaalden”, zegt Volha Chukhutsina van de Biofysica van fotosynthese-groep, die veel van de fluorescentiemetingen en -analyses heeft uitgevoerd.

Belang van naaldbomen
Het onderzoek richtte zich op dennenbomen, maar de wetenschappers verwachten dat het mechanisme vergelijkbaar is voor andere soorten naaldbomen omdat hun fotosynthetische mechanisme vergelijkbaar is. “We genieten er natuurlijk van tijdens de Kerst en tegelijkertijd is deze aanpassing enorm belangrijk voor de mensheid", zegt Stefan Jansson van de universiteit van Umeå. “Als naaldbomen niet hadden kunnen overleven in extreem barre winterse klimaten, waren uitgestrekte gebieden op het noordelijk halfrond misschien nooit bewoonbaar geworden voor mensen. Naaldbomen leveren brandhout, huisvesting en andere benodigdheden en nog steeds vormen ze de basis van de economie in het grootste deel van bijvoorbeeld de taiga-regio.”

Cartoon naaldbomen