Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok XV; No 3449

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

 

notka poprzednia                                     zestawienie miesięczne                                          notka następna

 

Jedno zdumienie dziennie...

 

.

Udało się pokonać zmorę ludzkości. (1)
Wyżywimy prawie nieograniczoną liczbę Ziemian.
(cz. 2 p. tu)

Uczonym pracującym w Zakładzie Filozofii Roślin Akademii Nauk Pacyfiku w Tuvalu udało się pokonać groźbę powszechnego głodu jaki musiałby wystąpić w wyniku lawinowego przyrostu liczby mieszkańców Ziemi. Wcale nie przez eutanazję ani ograniczenia przyrostu naturalnego. Rzecz jest niezwykle prosta, i aż dziw, że dopiero teraz została odkryta i zrealizowana. 
Eksperymenty przeprowadzono na tysiącu ochotników z pełnym sukcesem. Metoda polega na zaopatrzeniu człowieka w nowy rodzaj krwi. Jak wiadomo, czerwone ciałka krwi odpowiedzialne są za właściwe zaopatrzenie w tlen wszystkich komórek organizmu. Z drugiej strony wiadomo, że wszystko co człowiek potrzebuje, każdy kęs pożywienia, prawie wszystkie materiały użytku codziennego to wynik pracy chloroplastów, które przekształcają węgiel atmosfery w związki organiczne dzięki wykorzystaniu energii słonecznej. Wszystko co jemy, na czym siedzimy, na czym piszemy czy co ubieramy, to wynik bezpośredni lub pośredni pracy chloroplastów, które jako jedyne posiadają umowę kosmiczną ze słońcem, pobierają zeń energię i dostarczają ludziom. Rzecz w tym, że chloroplasty robiąc swoją robotę uwięzione są w roślinach, które trzeba uprawiać. Wymaga to miejsca i czasu, przy tym wysoce nieekonomiczne ze wszystkich punktów widzenia. Wykorzystanie energii słonecznej związane jest z olbrzymimy stratami. 
A wszystko zaczyna się w przepastnych głębinach Słońca. Tam, w wyniku reakcji jądrowych, powstają życiodajne kwanty światła. Nie zdajemy sobie sprawy, że każdy wytworzony kwant pałęta się najpierw w brzuszysku słońca przez 10.000, a nawet 170.000 lat zanim wydostanie się na jego powierzchnię. Z powierzchni dopiero może się 'ulotnić' i pędzi w kosmos z prędkością 299.792.458 metrów na sekundę, ani metra więcej ani mniej, bo tak przykazał Einstein. Do Ziemi dociera już po 8.17 minutach. a kiedy dotrze  oddaje swoją energię na co popadnie. Łącznie na jeden metr kwadratowy Ziemi Słonce przekazuje w optymalnych warunkach 1050 Watt energii w postaci fotonów. Z tego mniej niż połowa to światło w zakresie widzialnej części widma (42-43 % w zakresie od 400 do 700 nm), reszta to podczerwień i ultrafiolet. Z tego 30% zostaje utracona w wyniku niekompletnej absorpcji. Z pozostałych 37% energii fotonów aż 24% gubi się w wyniku niepełnego dopasowania długości fali do potrzeb chlorofilu. Pozostaje więc 28% energii pochłanięta może być przez chlorofil o ile nań padnie, a z tego tylko 9% energii znajdzie się w końcu w glukozie, bo tyle wynoszą koszta procesowe CO2 do glukozy. Ale nie na tym koniec strat, bo aż 35-40% pobranej energii to koszta utrzymania samej rośliny, pokrycia kosztów wzrostu i recyklizacji składników, oddychanie i fotoodychanie. Faktycznie pozostaje wię 5.4% w materiale roślinnym. I na tym bazuje całe rolnictwo, w tym hodowla zwierząt, wszystkie dzikie zwierzęta i pasożyty, no i o czym się zwykle nie pamięta wszystkie organiczne kopaliny, węgiel, prawdopodobnie ropa naftowa, a być może nawet i gaz ziemny, że nie wymienimy lignitów, gytii czy bursztynu.
Jak więc widać, wydajność energetyczna pobranych fotonów jest minimalna, minimalna też wydajność energetyczna wszystkich roślin uprawnych utrzymywana w zakresie 2% do 8%, i to tylko dla roślin specjalnie selekcjonowanych. Oczywiście wszystkie fotony nie trafiające na chloroplasty są dla biosfery stracone. Energia ich zostaje rozproszona lub zostaje odbita w kosmos. 
I tu jest miejsca dla opisania genialnego odkrycia dokonanego w Zakładzie Filozofii Roślin Pacyficznej Akademii Nauk. 

Biochemicy od dawna wiedzieli, że właściwości spektralne chlorofilu i hemoglobiny w przedziwny sposób się uzupełniają.



Wykres górny - spektralne właściwości chlorofilu[
u dołu hemoglobiny (linia czerwona hemoglobina utlenowana)

Proszę zauważyć, że zakres gdzie najbardziej pochłania światło chlorofil (pobiera czerwień, dla tego jest zielony), hemoglobina lekceważy. Pochłania zieleń, dlatego jest czerwona. A więc to co odbija krew, jest istotne dla chlorofilu, a co odbija chlorofil nie jest interesujące dla hemoglobiny. Barwa hemoglobiny jest przypadkowym wynikiem meandrów ewolucji bez specjalnego biofizycznego znaczenia. Oba składniki są czynne w zakresie niebieskim, ale roślina potrafi sobie z tym poradzić (to już osobna sprawa). 
Nic więc prostszego jak połączyć krew z chlorofilem! I to właśnie się udało. W sumie stworzono krew zawierającą i czerwone ciałka krwi i zielony chlorofil (w tym przypadku chloroplasty zawarte w genetycznie zmanipulowanych komórkach glonu Mesotaenium macrococcum (patrz tło). 
Oczywiście krew normalnie wędrująca gdzieś w zakamarkach ciała zwykle nie jest wystawiona na światło interesujące dla chlorofilu. Nie wystawiona na światło słoneczne krew chlorofilowana nie dawałaby możliwości chlorofilowi uruchomienia fotosyntezy i byałaby bezużyteczna. I tu właściwie praktyczna strona całego wynalazku. Otóż skonstruowano wymienniki fotobiochemiczne (szczegóły techniczne tymczasem są tajemnicą patentową), które podłączone są do krwioobiegu produkują glukozę niezbędną do życia każdego człowieka. Najbardziej udany model takiego wymiennika to coś zupełnie podobnego do kapeluszy akademickich czy studenckich podczas odbierania dyplomu. Wymiennik taki o powierzchni mniejszej niż 1 m2 założony na głowę i podłączony do żyły szyjnej, wystawiany na słońca dwie do dwóch i pól godzin dziennie wystarcza by załapać dostateczną ilość energii wystarczającą na pokrycie potrzeb energetycznych wszystkich procesów życiowych. Proste wyliczenie wskazuje, jakie są tu możliwości. Człowiek na pokrycie potrzeb energetycznych potrzebuje dziennie 8.800 kJ (kobieta), 11.300 kJ mężczyzna (wedle zaleceń ONZ, wystarcza jednak zupełnie to 7.500 kJ). Mając dostęp do 1000 W na godzinę, co odpowiada około 3.600 kJ, ekspozycja przez 2-3 godziny dziennie wystarcza za wszystko, śniadanie, obiad, kolacje i podstawowe czynności fizyczne. 
Ale największym zaskoczeniem było stwierdzenie, że faktyczna wydajność energetyczna wymienników fotobiochemicznych zbliża się prawie do optimum teoretycznego. No bo przecież krew żylna obciążona jest dwutlenkiem węgla i marzy o tym, by się go pozbyć i zdobyć tlen, a chlorofil marzy o tym, by zdobyć dwutlenek węgla i zrobić z tego glukozę i wydzielić tlen w tym procesie, co natychmiast wyłapują czerwone ciałka krwi. Trudno o lepsza współpracę dwóch układów. 

(cz. 2 p. tu)

Prima Aprilis 2014

[QZE12::044];[QEQ52::37]-9,41
w sieci: 1.4.2014; nr 3449


witrynę prowadzi
© R. Antoszewski
Titirangi, Auckland, 
Nowa Zelandia

(wybrane do publ. 
R. Antoszewskiego)

  Site Meter