Photosynthese, jetzt und am Anfang. Purpurrote und grüne Bakterien. Cyanobakterien (blau-grüne Algen). Warum benutzen diese winzigen Geschöpfe die Photosynthese? Wie funktioniert sie? Und wie komplex ist sie? Warum ist sie entstanden? Was braucht man, um sie zu erdenken und sie zu machen? Was haben Wissenschaftler jetzt darüber herausgefunden? Wenn Sie, geehrter Leser, hier nicht alle technischen Details verstehen, sollte sie das nicht beunruhigen. Dies wird uns nur noch mehr helfen, herauszufinden, wie viel das winzige Bakterium über Physik, Chemie, Elektronik und Informationsverarbeitung weiß.
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan berichten: "Einer der wichtigsten biologischen Vorgänge, die es auf der Erde gibt, ist die Photosynthese, die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie. Die meisten phototrophen Organismen sind Autotrophe. Sie können auf CO2 als einziger Kohlenstoffquelle wachsen. Diese Zelle benutzt die Energie des Lichts, um CO2 zu organischen Verbindungen zu reduzieren. Die Fähigkeit, zu photosynthetisieren, beruht darauf, das besondere lichtempfindliche Pigmente da sind, das Chlorophyll. Man findet sie in Pflanzen, Algen und einigen Bakterien. Das kommt zu den phototrophen Organismen in bestimmten Mengen, den Quanten. Die photosynthetische Energieumwandlung beginnt, wenn die Chlorophyll-Pigmente Lichtquanten aufnehmen (absorbieren).
"Der Wuchs eines phototrophen Autotrophen besteht aus zwei verschiedenen Sätzen von Reaktionen: den Licht-Reaktionen, in denen man Lichtenergie in chemische Energie umwandelt, und die dunklen Reaktionen, bei denen man diese chemische Energie benutzt, um CO2 zu organischen Verbindungen zu reduzieren. Für den autotrophen Wuchs wird Energie in Form von ATP geliefert. Und die Elektronen für die Reduzierung von CO2 kommen aus NADPH. NADPH entsteht, wenn Elektronen NADP+ reduzieren. Diese Elektronen kommen von verschiedenen Elektronenspendern, wie wir gleich sehen werden.
"Die Lichtreaktionen wandeln die Lichtenergie in die Form von ATP um. Purpurrote und grüne Bakterien benutzen das Licht hauptsächlich, um ATP zu bilden. Sie erzeugen NADPH aus reduzierender Materie, die sie in ihrer Umwelt antreffen, wie H2S oder organische Verbindungen. Grüne Pflanzen, Algen, und Cyanobakterien benutzen H2S oder organische Verbindungen gewöhnlich nicht, um reduzierende Kraft zu erhalten. Statt dessen erhalten sie Elektronen für die NADP+ Reduzierung, indem die Wassermoleküle spalten. Sie erzeugen so O2 (= genauer: setzen es frei) als ein Nebenprodukt. Die Reduzierung von NADP+ zu NADPH durch diese Organismen ist deshalb ein Vorgang, der vom Licht verursacht wird. Weil molekularer Sauerstoff, O2, erzeugt wird, nennt man diesen Vorgang der Photosynthese in diesen Organismen oxygene Photosynthese. Im Gegensatz dazu erzeugen die purpurroten und grünen Bakterien keinen Sauerstoff. Diesen Vorgang bezeichnet man als anoxygene Photosynthese." Brock und Madigan (1991:563, 564).
Die Rolle des Chlorophylls
Was macht das Chlorophyll in Bakterien und anderen Organismen? Wie funktioniert es?
Brock und Madigan: "Photosynthese kommt nur in Organismen vor, die irgendeine Art von Chlorophyll besitzen. Chlorophyll ist ein Porphyrin, wie die Cytochrome. Aber Chlorophyll enthält ein Magnesiumatom, statt eines Eisenatoms, im Zentrum des Porphyrin-Ringes, sowie ein langes hydrophobes Alkoholmolekül. Wegen dieser Alkoholseiten-Kette verbindet sich das Chlorophyll mit lipoiden (fettigen) und hydrophoben (wasserabweisenden) Proteinen von photosynthetischen Membranen.
"Die Struktur von Chlorophyll a, das wichtigste Chlorophyll höherer Pflanzen, der meisten Algen und Cyanobakterien, wie in Abb. 16.3 (in ihrem Buch) gezeigt: Chlorophyll a ist grün gefärbt. Es ist grün, weil es bevorzugt rotes und blaues Licht aufnimmt und grünes Licht ausstrahlt.
"Die besonderen Eigenschaften irgendeines Pigmentes erkennen wir am besten an seinem Absorptionsspektrum. Es zeigt, welche verschiedenen Wellenlängen des Lichtes das Pigment aufnimmt. Das Absorptionsspektrum von Zellen, die Chlorophyll a enthalten, zeigen eine starke Absorption roten Lichtes (maximale Absorption bei einer Wellenlänge von 680 nm) und blauen Lichtes (Maximum bei 430 nm)." (1991:564).
"Warum haben Organismen mehrere Arten von Chlorophyllen, die Licht bei verschiedenen Wellenlängen aufnehmen? Ein Grund erscheint zu sein: weil es so möglich ist, mehr von der Energie des elektromagnetischen Spektrums zu nutzen. Nur Lichtenergie, die der Organismus aufnimmt, kann er biologisch nutzen. Wenn er mehr als ein Chlorophyll hat, kann er mehr von der einfallenden Lichtenergie nutzen. Zwei Organismen, die nicht miteinander verwandt sind, können in einer Heimat koexistieren, indem sie verschiedene Pigmente haben. Jeder benutzt Wellenlängen des Lichtes, die der andere nicht benutzt. So hat die Pigmentvielfalt ökologische Bedeutung." (1991:565).
Photosynthetische Membranen
Warum gibt es Chlorophyll-Pigmente in der Zelle? Was machen sie dort?
Brock und Madigan: "Diese Pigmente und alle anderen Bestandteile des Licht sammelnden Apparates, sind mit besonderen Membranen verbunden, den photosynthetischen Membranen. Die Lage der photosynthetischen Membranen innerhalb der Zelle ist in prokaryotischen und eucaryotischen Mikroorganismen verschieden. ... Die Prokaryoten haben keine Chloroplasten. Und die photosynthetischen Pigmente sind in umfangreiche innere Membran-Systeme eingebaut. Ein einzelnes Reaktionszentrum enthält wahrscheinlich 25-30 Licht erntende Bacterio-Chlorophyll-Moleküle.
"Die Moleküle des Antennen-Chlorophylls ermöglichen es, dass die Photosynthese viel schneller abläuft. Die Lichtstärken, die oft in der Natur vorherrschen, können die Reaktionszentren nur etwa einmal je Sekunde erregen. Doch das würde nicht genügen, um einen bedeutungsvollen photosynthetischen Vorgang auszuführen. Die zusätzlichen Antennen-Chlorophyll-Moleküle erlauben es, Lichtenergie sehr viel schneller einzusammeln. Das Reaktionszentrum-Chlorophyll nimmt Lichtenergie nur in einem sehr schmalen Bereich des Spektrums auf. Deshalb sorgen die Antennen-Pigmente auch noch dafür, dass die Zelle einen größeren Bereich des Lichtes nutzen kann." (1991:565, 566).
Anoxygene Photosynthese
Anoxygene Photosynthese in purpurroten und grünen Bakterien. Sie benutzen das Licht, erzeugen aber keinen freien Sauerstoff. Wie machen sie das? Was müssen sie alles wissen und können, damit sie das tun können? Wie komplex ist die anoxygene Photosynthese?
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan: "Der Vorgang der ATP Synthese durch das Licht in allen phototrophen Organismen bewirkt, dass Elektronen durch eine Reihenfolge von Elektronenboten transportiert werden. Diese Elektronenboten stehen der Reihe nach in der photosynthetischen Membran, von negativen bis zu positiveren Potentialen. Der photosynthetische Elektronenfluss ähnelt dem respirativen Elektronenfluss. In phototrophen Bakterien, die aerob (dunkel) wachsen können, findet man viele der gleichen Elektronen-Transportbestandteile, wie in den Membranen von Zellen, die entweder im Licht gewachsen sind (anaerob) oder dunkel (aerob). Wir betrachten die Struktur des photosynthetischen Apparates jetzt in anoxygenen Phototrophen und wie die Elektronen bei der Photosynthese in purpurroten Bakterien fließen, wo man viel über die molekularen Ereignisse der Photosynthese kennt." (1991:566).
Photosynthetischer Elektronen-Fluss
Wie fließen die Elektronen während der Photosynthese, wenn sie chemische Energie aus der Energie des Lichtes erzeugen? Warum können sie das?
Brock und Madigan: "Wir sollten uns hier daran erinnern: Das photosynthetische Reaktionszentrum ist von Licht erntenden Antennen-Bakteriochlorophyll a Molekülen umgeben. Sie leiten die Lichtenergie zum Reaktionszentrum. Die Lichtenergie wird von der Antenne zum Reaktionszentrum in Paketen transportiert, die man als Exitons bezeichnet. Das sind bewegliche elektronische (singlet) Zustände. Sie wandern durch die Antenne zum Reaktionszentrum mit hohem Leistungsgrad. Die Photosynthese beginnt, wenn Exciton-Energie das besondere Paar Bacteriochlorophyll a Moleküle schlägt. Die Absorption von Energie erregt dieses Paar. Und es verwandelt sie in einen starken Reduktanten. Er ist so stark, dass er ein Akzeptormolekül mit sehr niedrigem Potential reduzieren kann. Dies stellt Arbeit dar, die das Licht in diesem System leistet." (1991:563-567).
"Vor der Anregung hat das bakterielle Reaktionszentrum eine Energie von etwa +0.5 Volt; nach der Anregung hat es ein Potential von etwa –0,7 Volt, genug, um das Bacteriopheophytin a zu reduzieren. Das angeregte Elektron in diesem Paar reduziert ein Molekül Bacteriopheophytin im Reaktionszentrum. Dieser Übergang geschieht unglaublich schnell. Das geschieht in nur etwa vier Billionstel einer Sekunde (4·10-12 Sekunden).Wenn das Bacteropheophytin a reduziert ist, reduziert es ein Chinon-Molekül, das zum Reaktionszentrum gehört. Doch in Wirklichkeit liegt es nahe der äußeren Oberfläche der photosynthetischen Membran. Dieser Übergang ist auch sehr schnell. Das geschieht in weniger als 1 Milliardstel einer Sekunde. Das Chinon bezeichnet man als primären Elektronen-Akzeptor. Im Vergleich zu dem, was im Reaktionszentrum geschieht, sind die weiteren Elektronen-Transportreaktionen recht langsam, in Mikrosekunden bis Millisekunden.
"Vom Chinon werden die Elektronen in der Membran durch eine Folge von Eisen-Schwefel-Proteinen und Cytochromen transportiert. Dann kehren sie wieder zum Reaktionszentrum zurück. Zu den wichtigsten Proteinen, die Elektronen transportieren, gehören Cytochrom-bc1 und Cytochrom c. Cytochrom c dient als eine Elektronen-Fähre zwischen dem bc1-Komplex, der an die Membran gebunden ist, und dem Reaktionszentrum." Brock, T. D. und M. T. Madigan (1991:567, 568).
Photophosphorylation
Was bedeutet das? Wie funktioniert das?
Brock und Madigan: "Die Synthese von ATP während des photosynthetischen Elektronenflusses geschieht, weil sich ein Protonengradient gebildet hat. Er ist durch Protonen-Extrudieren (Fließpressen) während des Elektronentransportes und der Aktivität der ATPasen entstanden. Dabei wird die Dissipation (Verlust) des Protonengradienten mit der ATP gekoppelt. Die Reaktionsfolge wird beendet, wenn das Cytochrom c das Elektron zu dem besonderen Paar Bakteriochlorophylle zurückbringt. Dadurch kehren diese Moleküle in ihren ursprünglichen Grundzustand zurück (Eo´ +0,5 Volt). Das Reaktionszentrum kann dann neue Energie aufnehmen und den Vorgang wiederholen. Diese Methode, bei der man ATP herstellt, bezeichnet man als zyklische Photophosphorylation, weil dabei Elektronen immer wieder durch einen geschlossenen Kreis bewegt werden. Bei der zyklischen Photophosphorylation gibt es keinen Nettoeingang oder einen Verbrauch von Elektronen, wie in der Atmung." (1991:568, 569).
"Es ist äußerst wichtig, dass die vom Licht angetriebene Redox-Reaktion, wie gerade beschrieben, durch die photosynthetische Membran hindurch stattfindet. (Redox = Oxidations-Reduktion.) Die räumlichen Beziehungen der Bestandteile, die Elektronen in der bakteriellen photosynthetischen Membran transportieren, wird in Abb. 16.10 (in seinem Buch) gezeigt. Beachten Sie, dass die Protonen zum Zentrum der chromotophoren Membran gepumpt werden. Dadurch entsteht dann der Protonengradient, der in der ATP Synthese benutzt wird. Das Nettoergebnis der Lichtreaktion besteht darin, dass drei Protonen durch die Membran hindurch bewegt werden, und zwar für jedes photochemisch erregte Elektron. Wichtig ist hier: Das Licht erzeugt in diesem Vorgang nur einen starken Reduktanten. Die übrigen Reaktionen hängen nicht vom Licht ab. Das sind nur thermodynamisch günstige Elektronen-Übertragungen.
"Die Art und Weise, wie die Chromatophoren angeordnet sind, ist wichtig. Wenn die Elektronen in einer flachen Membrane fließen würde, würden die Protonen, die durch die Membran gepumpt werden, ein Teil der allgemeinen äußeren Umgebung werden. Dann könnte kein Protonengradient entstehen. Aber in der Chromatophoren-Anordnung wird der Protonengradient erhalten und er kann dann nützliche Arbeit verrichten, wie die Synthese von ATP." (1991:569).
Autotrophie und Anoxygene Photosynthese
Wie funktioniert das? Wie komplex ist das?
Brock und Madigan: "Wie wir erwähnt haben, erzeugen purpurrote und grüne Bakterien während der Photosynthese kein O2. Ihre Photosynthese ist anoxygen. Die Reaktionen, wie oben beschrieben, bewirken, dass sich Lichtenergie in Hochenergie-Phosphat-Bindungen von ATP verwandelt. Aber wenn ein anoxygener Phototroph nur mit CO2 wachsen soll, als seine einzige oder wichtigste Kohlenstoffquelle, dann genügt es nicht, wenn nur ATP hergestellt wird. Dann muss man auch reduzierende Kraft (NADPH) erzeugen, damit das CO2 auf das Niveau des Zellmaterials reduziert werden kann. Die Elektronen für die anoxygenen Phototrophen (= Lichtesser) stammen aus irgendeiner reduzierten Substanz in der Umgebung. Anders als bei oxygenen Phototrophen, stammt die reduzierende Kraft in anoxygenen Phototrophen nicht vom Wasser." (1991:569).
Oxygene Photosynthese
Die oxygene Photosynthese erzeugt mit der Hilfe des Lichtes freien Sauerstoff. Wie funktioniert das? Wie komplex ist das? Was muss man wissen und können, um diese oxygene Photosynthese zu erdenken? Warum existiert sie?
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan: "Beim Elektronenfluss in oxygenen Phototrophen geht es um zwei verschiedene, aber miteinander verbundene photochemische Reaktionen. Oxygene Phototrophen benutzen das Licht, um ATP und NADPH zu erzeugen. Die Elektronen von NADPH entstehen, wenn Wasser in Sauerstoff und Elektronen gespalten wird. Diese beiden Systeme der Lichtreaktionen nennt man Photosystem I und Photosystem II. Jedes Photosystem hat eine spektral (= Lichtwellenlänge) verschiedene Form von Reaktionszentrum-Chlorophyll a. Das Chlorophyll von Photosystem I, P700 genannt, nimmt das Licht am besten bei langen Wellenlängen auf (fern-rotes Licht). Das Chlorophyll von Photosystem II , P680 genannt, nimmt am besten kürzere Wellenlängen auf (nah-rotes Licht).
"Wie die anoxigene Photosynthese, geschieht auch die oxygene Photosynthese in Membranen. In eukaryotischen Zellen sitzen diese Membranen im Chloroplast. In den Cyanobakterien sind die photosynthetischen Membranen innerhalb des Zellplasmas zu Stapeln aufgehäuft. In beiden Gruppen von Phototrophen sind die beiden Formen des Chlorophyll a an bestimmten Proteinen in der Membran befestigt...
"Der Pfad des Elektronenflusses in oxygenen Phototrophen ähnelt dem Buchstaben Z, wenn er auf der Seite liegt. Wissenschaftler, die die oxygene Photosynthese erforschen, bezeichnen den Elektronenfluss der oxygenen Phototrophen als das 'Z'-Schema. Wir sollten zuerst erwähnen, dass das Reduktionspotential des P680 Chlorophyll a Moleküls in Photosystem II sehr hoch ist. Es ist etwas höher, als das des O2/H2O Paares. Denn der erste Schritt im oxygenen Elektronenfluss besteht darin, dass man Wasser in seine oxydierenden und reduzierenden Bestandteile spaltet. Das ist eine thermodynamisch ungünstige Reaktion.
"Ein Elektron vom Wasser kommt zum P680 Molekül, wenn ein Quant Licht in der Nähe von 680 nm aufgenommen worden ist. Die Lichtenergie verwandelt P680 in einen nicht allzu starken Reduktanten. Er kann ein Zwischenprodukt-Molekül um etwa –0,2 Volt reduzieren. Die Natur dieses Moleküls ist unbekannt. Aber es ist vielleicht ein Pheophytin a Molekül (Chlorophyll a ohne Magnesium-Atom). Von dort aus reist das Elektron durch mehrere Membran-Boten, auch durch Chinone, Cytochrome und ein Protein, das Kupfer enthält, das Plastocyanin. Das Plastocyanon gibt dem Photosystem I Elektronen. Das Chlorophyll des Reaktionszentrums von Photosystem I, P700, nimmt das Elektron an. Vorher hat es Lichtquanten aufgenommen und Elektronen an den primären Akzeptor von Photosystem I abgegeben. Dieser Akzeptor hat ein sehr negatives Potential, von etwa –0,75 Volt.
"Wie im Photosystem II, hat man auch den primären Akzeptor der Elektronen von Photosystem I noch nicht gefunden. Doch man nimmt an, dass es eine freie radikale Form von Chlorophyll a ist. Wenn der Akzeptor im Photosystem I reduziert ist, ist er auf einem Reduktions-Potential. Er ist dann so negativ, dass er das Eisen-Schwefel-Protein Ferredoxin reduziert. Dieses reduziert dann NADP+ zu NADPH." Brock und Madigan (1991:570, 571).
ATP Synthese in Oxygener Photosynthese
ATP während der oxygenen Photosynthese herstellen: wie macht man das? Wie komplex ist das?
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan: "Außer der Nettosynthese der reduzierenden Kraft (d.h., NADPH), ereignen sich, während Elektronen von einem Ökosystem in ein anderes fließen, andere wichtige Dinge. Wenn ein Elektron vom Akzeptor in Photosystem II zum Reaktionszentrum Chlorophyll-Molekül in Photosystem I fließt, dann geschieht der Elektronentransport in eine thermodynamisch günstige (von der negativen in die positive) Richtung. Das erzeugt ein Membranpotentiell (einen Protonengradienten) von dem ATP erzeugt werden kann. Diese Art der ATP-Erzeugung bezeichnet man als nicht-zyklische Photophosphorylation, weil das Elektron dort über eine direkte Strecke vom Wasser zur NADP+ reist.
"Wenn genügend reduzierende Kraft vorhanden ist, kann ATP auch in oxygenen Phototrophen durch zyklische Photophosphorylation erzeugt werden, nur mit Photosystem I. Das geschieht, wenn der primäre Akzeptor von Photosystem I das Ferredoxin (und deshalb auch NADP+) nicht reduziert, sondern das Elektron zum P700 Molekül zurückbringt, und zwar über die Cytochrome b und f, die an der Membran befestigt sind. Diese Strömung erzeugt ein Membran-Potential und zusätzliches ATP.
"Photosystem I und II arbeiten gewöhnlich bei oxygenen Vorgängen zusammen. Aber unter bestimmten Zuständen können viele Algen und einige Cyanobakterien die zyklische Photophosphorylation auszuführen. Dann benutzen sie nur Photosystem I, und erhalten die reduzierende Kraft aus anderen Stoffen, aber nicht aus dem Wasser. Sie photosynthetisieren dann anoxygen, wie die purpurroten und grünen Bakterien. Diese Änderung erfordert, dass die Umgebung anaerob ist, und dass reduzierende Stoffe vorhanden sind, wie H2 oder H2S. Dann kommen die Elektronen für die CO2 Reduktion nicht vom Wasser, sondern von der reduzierenden Substanz. In Algen ist gewöhnlich H2 der Reduktant. Und nach einiger Zeit, wenn sich die Zelle auf die anaeroben Zuständen eingestellt hat, stellt sie das Enzym-Hydrogenase her. Damit nimmt sie dann H2 auf. Es reduziert NADP+ direkt zu NADPH.
"Eine Anzahl von Cyanobakterien kann H2S als Elektronen-Akzeptor bei der anoxygenen Photosynthese benutzen. Wenn sie H2S benutzen, wird es zu elementarem Schwefel (S°) oxydiert. Und sie scheiden dann Schwefel-Körnchen aus und setzen sie außerhalb der Zelle ab. Sie ähneln den Schwefel-Körnchen, welche die grünen Schwefel-Bakterien erzeugen. Das faserige (aus Fäden bestehende) Cyanobakterium, Oscillatora limnetica hat man in Sulfid-reichen salzhaltigen Teichen gefunden. Dort betreibt es anoxygene Photosynthese, zusammen mit photosynthetischen grünen und purpurroten Bakterien. Es erzeugt Schwefel als ein Oxydationsprodukt von Sulfid. In Kulturen von O. limnetica wird der Elektronenfluss vom Photosystem II stark von H2S gehemmt. Dann muss der Organismus auf anoxygene Photosynthese umschalten, wenn er in seiner Sulfid-reichen Umgebung überleben will." - Brock und Madigan (1991:571, 572).
Zusätzliche Pigmente
Organismen, die die Energie des Lichtes nutzen, haben noch mehr Pigmente, außer denjenigen, die wir gerade betrachtet haben. - Welche?
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan: "Ein Pigment mit einer Ringstruktur wie Chlorophyll oder Bacteriochlorophyll ist für die Photosynthese erforderlich. Aber phototrophe Organismen haben noch andere Pigmente. Sie fangen auch das Licht ein, wenigstens indirekt. Die zusätzlichen Pigmente, die am weitesten verbreitet sind, sind die Karotinoide. Die findet man fast immer in phototrophen Organismen. Karotinoide sind wasserunlösliche Pigmente. Sie sind fest in der Membran eingebettet... Karotinoide haben lange Kohlenwasserstoff-Ketten, mit sich abwechselnden C-C und C=C Bindungen. Diese Anordnung bezeichnet man als konjugierte Doppelbindung.
"Meistens sind die Karotinoide gelb, rot oder grün gefärbt. Sie nehmen das Licht im blauen Bereich des Spektrums auf. Die Karotinoide arbeiten gewöhnlich eng mit dem Chlorophyll in der photosynthetischen Membran zusammen. Und es gibt ungefähr ebenso viele Karotinoide, wie Chlorophyll-Moleküle. Die Karotinoide beteiligen sich nicht direkt an den Photophosphorylations-Reaktionen. Sondern sie übergeben, durch Fluoreszenz, einen Teil der Lichtenergie, die sie eingefangen haben, an das Chlorophyll ab. Diese übergebene Energie kann die Zelle dann ebenso in der Photophosphorylation verwenden, wie die Lichtenergie, die sie direkt mit ihrem Chlorophyll eingefangen hat.
"Cyanobakterien und rote Algen enthalten Phycobiliproteine. Das sind zusätzliche Pigmente, die rot oder blau gefärbt sind. Das rote Pigment, das man als Phycoerythrin bezeichnet, nimmt das Licht am stärksten bei Wellenlängen um 550 nm auf. Das blaue Pigment, Phycocyanin, nimmt es am stärksten von 620 bis 640 nm auf. Phycobiliproteine enthalten offnen-kettige-Tetrapyrrole, das Phycobilin. Es ist an das Protein gebunden. Die Phycobiliproteine sind Anhäufungen von hohem molekularen Gewicht. Man nennt sie Phycobilisome. Sie sind an den photosynthetischen Membranen befestigt. Sie arbeiten eng mit dem Chlorophyll-enthaltenden System zusammen. Es sorgt dafür, dass die Energie effizient vom Biliprotein zum Chlorophyll übertragen wird, zu fast 100 Prozent." (1991:572, 573).
Warum haben die Organismen, die die Energie des Lichtes benutzen, extra Pigmente? Wofür brauchen sie die?
Prof. T. D. Brock und M. T. Madigan: "Die Licht-Ansammlungsfunktion zusätzlicher Pigmente scheint für den Organismus offensichtlichem von Vorteil zu sein. Das Licht der Sonne verteilt sich über den ganzen sichtbaren Bereich. Aber das Chlorophyll nimmt das Licht nur in einem Teil dieses Spektrums gut auf. Wenn der Organismus zusätzliche Pigmente hat, kann er mehr von dem verfügbaren Licht einfangen. Die zusätzlichen Pigmente, besonders die Karotinoide, schützen die Zelle vor dem Licht. Helles Licht kann oft für die Zellen schädlich sein. Weil es verschiedene Photooxidations-Reaktionen verursacht, die das Chlorophyll und sogar den ganzen photosynthetischen Apparat zerstören können. Die zusätzlichen Pigmente nehmen viel von diesem schädlichen Licht auf, und schützen so das Licht-empfindliche Chlorophyll. Der phototrophe Organismus ist so gebaut, dass er im Licht leben muss. Deshalb sind die zusätzlichen Pigmente, die ihn vor dem Licht schützen, offensichtlich von Vorteil." (1991:573).
Die photosynthetische Einheit und das Reaktionszentrum, das damit in oxygenen Phototrophen verbunden ist. Licht erntende Chlorophyl-Moleküle nehmen die Licht-Energie auf. Diese Lichtenergie wandert dann zum Reaktionszentrum, wo ein Elektron ausgestoßen wird. Dadurch entsteht eine Ladungs-Teilung (charge separation). Nach M. T. Madigan et al. 1997:479) Bild 13.6. Wer diesen photosynthetischen Apparat in der Bakterienzelle zuerst erdacht und erschaffen hat, musste auch die Lichtwellen, ihre Wellenlängen und die Energie, die sie tragen, kennen. Der Zufall kann das nicht.
Ergebnis
Einige Bakterien benutzen das Licht der Sonne als Energiequelle. Wie sind diese Zellen, mit ihren Photosynthese-Systemen, vor 3,5-3,8 Milliarden Jahren entstanden? Was braucht man, um sie zu erdenken und sie zu machen?
Selbst die kleinste bakterielle und archaeelle Zelle weiß mehr über Biochemie, als irgendein Wissenschaftler, der heute auf der Erde lebt. Sie weiß, dass es Protonen und Elektronen gibt. Und sie weiß, wie man sie benutzt. Sie weiß, dass es die Sonne mit ihrem Licht gibt. Und sie weiß, wie lang seine Wellen sind. Sie kennt die Quantenphysik und Mathematik und arbeitet damit. Sie weiß, wie man aus anorganischer Materie organische Materie herstellt. Sie kann sich selbst aufbauen, indem sie sich in ein paar Minuten oder Stunden verdoppelt. Kein menschlicher Wissenschaftler kann eine lebende Zelle mit ihrem Photosynthese-Apparat machen. Das ist viel zu kompliziert.
Er kann nicht einmal ein einziges, zweckmäßiges Enzym dieses winzigen Geschöpfes machen. Die Behauptung, man brauche nur die Gesetze der Chemie und Physik, erklärt gar nichts. Das ist nur leeres Gerede. Diese Behauptung ist nicht logisch und widerspricht sich. Ein Gesetz kommt immer von einem Gesetzgeber, von einer intelligenten Person. Und die Gesetze der Chemie und Physik kommen vom Schöpfer, vom Gott der Bibel, dessen Name Jehova ist. König David hatte recht, wenn er in Psalm 14:1a, gemäß der Luther-Bibel, sagt: "Die Toren sprechen in ihrem Herzen: Es ist kein Gott."