Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Zonlicht op een blad - fotosynthese

Fotosynthese is de brandstof van het leven

Fotosynthese stelt planten en algen in staat om CO2 en water om te zetten in zuurstof en glucose, waar ze van leven. Daarom willen wetenschappers fotosynthese inzetten in de strijd tegen klimaatveranderingen en voedseltekorten.

Wat is fotosynthese?

Toen de aarde 4,6 miljard jaar geleden ontstond in een wolk van gas en stof rond onze nog jonge zon, bevatte de atmosfeer nog geen zuurstof.

Ongeveer een miljard jaar later ontstonden er minuscule blauwgroene bacteriën in zee, die zuurstof begonnen te produceren. Dit was het begin van de zuurstofrijke atmosfeer rond de aarde, die ervoor zorgt dat alle mensen en dieren op onze planeet kunnen ademen.

De productie van zuurstof vindt plaats door middel van fotosynthese.

Fotosynthese is een biochemisch proces, waardoor planten, algen en sommige bacteriën de anorganische stoffen kooldioxide (CO2) en water (H20) kunnen opnemen, en vervolgens het koolhydraat glucose kunnen aanmaken. Hierdoor kunnen planten groeien.

Misschien nog wel belangrijker voor ons is het feit dat er bij dit proces zuurstof wordt aangemaakt als afvalstof. Daardoor is fotosynthese het belangrijkste biochemische proces op aarde.

De formule voor fotosynthese is als volgt:

6 CO2 + 6 H2O + lichtenergie --> C6H12O6 (glucose) + 6 O2

Hoe verloopt fotosynthese?

Groene planten halen energie uit licht dankzij fotosynthese. Tijdens dit proces wordt CO2 uit de lucht omgezet in zuurstof en koolstofverbindingen (suikers).

Zo werkt fotosynthese

1 / 6
123456
Zo werkt fotosynthese

Fotosynthese is een proces waarbij planten minuscule bladgroenkorrels in hun bladeren gebruiken om de energie van licht op te vangen. Deze energie wordt weer gebruikt om water en kooldioxide om te zetten in suiker en zuurstof.

Hoe werd fotosynthese ontdekt?

Planten doen eigenlijk precies het tegenovergestelde van mensen en dieren. Wij ademen zuurstof in en ademen CO2 uit.

De Nederlandse onderzoeker Jan Ingenhousz ontdekte dit al in 1771. Hij kwam erachter dat planten luchtbelletjes afgeven als ze worden blootgesteld aan zonlicht en kooldioxide als het donker wordt.

In 1999 ontdekte de Groenlandse onderzoeker Minik Rosing sensationele sporen van fotosynthese op Groenlandse rotsen. De sporen waren zichtbaar in de vorm van koolstof die 3,7 miljard jaar geleden werd gevormd door cyanobacteriën, ook wel blauwalgen genoemd.

Zonder fotosynthese was er geen leven op aarde mogelijk geweest.
Minik Rosing, hoogleraar in de geologie aan de Universiteit van Kopenhagen

Blauwalgen zetten, net als planten, zonlicht om in chemische energie en ze produceren daarbij zuurstof als afvalstof. De zuurstof die de bacteriën in de loop van honderden miljoenen jaren door fotosynthese onder water produceerden, vormden de voedingsbodem voor nieuwe en meer geavanceerde levensvormen.

Cyanobacteriën zorgen voor fotosynthese

Cyanobacteriën bestaan al meer dan 3 miljard jaar en doordat zij sinds hun ontstaan al zuurstof produceren door middel van fotosynthese, staan zij aan de basis van het leven.

Gedurende verschillende geologische tijdperken gaven blauwalgen zuurstof af aan hun omgeving. In het begin werd zuurstof chemisch gebonden door stoffen als ijzer, waardoor het niet in de atmosfeer terechtkwam.

Na verloop van tijd kwam er echter steeds meer zuurstof in de atmosfeer terecht, en werd er een ozonlaag gevormd die het prille leven op aarde beschermde tegen de uv-straling van de zon.

De aarde heeft al ruim 2 miljard jaar een zuurstofrijke atmosfeer. Uit berekeningen blijkt dat er jaarlijks 280 miljard ton zuurstof op aarde wordt geproduceerd. Algen en cyanobacteriën in de zee zijn verantwoordelijk voor 46% van de zuurstofproductie, terwijl de overige 54% op het land wordt geproduceerd.

In totaal bestaat 21% van de atmosfeer uit zuurstof (de overige 79% bestaat uit stikstof, CO2 en andere gassen). Algen en cyanobacteriën in zee zijn verantwoordelijk voor 46% van de zuurstofproductie, terwijl de overige 54% op het land wordt geproduceerd.

Video: NASA observeert fotosynthese vanuit de ruimte

Op honderden kilometers boven het aardoppervlak leggen satellieten het onzichtbare licht – fluorescerend licht – vast dat planten afgeven tijdens fotosynthese.

Klimaatverandering en fotosynthese

Miljoenen jaren lang was de verhouding tussen zuurstof en CO2 in onze atmosfeer volledig in balans. De afgelopen decennia is deze balans echter flink verstoord.

In 2019 werd er 37 gigaton CO2 uitgestoten in de atmosfeer, wat ruim 30% meer is dan in de jaren 1970.

Wetenschappers zijn het er in het algemeen over eens dat de toenemende CO2-uitstoot het gevolg is van het gebruik van fossiele brandstoffen. Natuurlijke fotosynthese is niet meer voldoende om de balans te herstellen, waardoor het CO2-gehalte in de atmosfeer blijft stijgen.

Daarom wordt er gezocht naar nieuwe manieren om CO2 op te vangen, zodat de balans in de atmosfeer niet verder wordt verstoord.

Kunstbladeren zorgen voor fotosynthese

Kunstbladeren die de natuurlijke fotosynthese nabootsen, zijn eigenlijk niets nieuws onder de zon.

Tot op heden was er echter één groot probleem. De bladeren konden CO2 omzetten die afkomstig was uit een druktank in een laboratorium, maar ze waren niet in staat om CO2 aan de lucht te onttrekken.

In 2019 ontwikkelden wetenschappers echter een speciaal membraan dat wel eens de sleutel tot de oplossing kan vormen.

Het membraan omhult het kunstblad met water terwijl de fotosynthese wordt uitgevoerd. Als de zon het water achter het membraan verwarmt, kan waterdamp ontsnappen via de onderzijde van het blad en tegelijkertijd wordt CO2 opgenomen via kleine openingen aan de bovenzijde. Deze openingen lijken op de huidmondjes van natuurlijke bladeren.

Lichtabsorberend materiaal vangt de energie van zonnestralen op en samen met een aantal hulpstoffen wordt er fotosynthese uitgevoerd in het kunstmatige blad.

Het kunstblad zet CO2 om in zuurstof en koolmonoxide (CO). De zuurstof kan worden opgeslagen of worden vrijgelaten, terwijl het koolmonoxide kan worden toegepast in synthetische brandstoffen.

Zo verloopt fotosynthese in een kunstblad

1 / 3
123
Kunstbladeren - fotosynthese

Wetenschappers hebben een membraan uitgevonden dat kunstbladeren omhult met een laag water. De bladeren kunnen CO2 aan de lucht onttrekken, zodat ze beschikken over de grondstof voor fotosynthese.

Dankzij het nieuwe membraan kunnen kunstbladeren tien keer zoveel CO2 aan de lucht onttrekken als een gewoon blad met hetzelfde oppervlak.

In de praktijk is een kunstblad te vergelijken met een zonnepaneel, en een park met 360 panelen kan dagelijks 792 kilo CO2 uit de lucht halen.

Dieren die gebruikmaken van fotosynthese

Dit zijn drie wonderbaarlijke dieren die net als algen en planten fotosynthese kunnen uitvoeren, en zo energie uit zonnestralen kunnen halen.

Wetenschappers hacken fotosynthese

In 2019 kreeg een nieuw internationaal onderzoeksproject genaamd Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) het voor elkaar om de bladeren van tabaksplanten genetisch te modificeren, waardoor het proces van fotosynthese een stuk effectiever werd uitgevoerd.

Planten onttrekken kooldioxide aan de lucht door middel van het enzym rubisco. Helaas haalt dit enzym niet alleen kooldioxide uit de lucht, maar ook zuurstof. Hierdoor ontstaan gifstoffen die de plant weer moet afbreken.

Voor dit afbraakproces is energie nodig, waardoor de plant minder energie heeft om CO2 om te zetten in glucose, dat weer in grote mate bijdraagt aan de groei van de plant.

Dankzij de genetisch gemodificeerde bladeren van de onderzoekers verliep het afbraakproces een stuk effectiever. De planten groeiden sneller en werden tot wel 40% groter dan normale tabaksplanten.

De volgende stap is om dit proces op tomaten, sojabonen en soortgelijke planten te testen. Als dit werkt kan de plantaardige voedselproductie de komende 50 jaar worden verdubbeld, wat ook hard nodig is om de dan ruim 9 miljard monden op deze aarde te voorzien van voldoende voedsel.

Lees ook:

Planten

Hoeveel zuurstof produceert een plant?

1 minuut
Planten

Ontdekking van levensbelang: Zeepbelletjes bestuiven bloesem

3 minuten
Planten

Ook planten zijn gevoelige wezens

9 minuten

Log in

Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
Toon Verberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!

Reset wachtwoord

Geef je mailadres op, dan krijg je een e-mail met aanwijzingen voor het resetten van je wachtwoord.
Ongeldig e-mailadres

Voer je wachtwoord in

We hebben een mail met een wachtwoord gestuurd naar

Nieuw wachtwoord

Enter a password with at least 6 characters.

Wachtwoord vereist
Toon Verberg