A földi élet energetikai alapja a fotoszintézis: minden élőlény tápláléka – közvetve vagy közvetlenül – a fotoszintézisből származik. A fényenergia hasznosításának köszönhetjük az oxigéndús légkört és az onnan kivont szén-dioxidból keletkezett szerves anyagként a földgázt, a kőolajat, a kőszenet. Csakhogy az emberiség mohóságával nem képes lépést tartani a természet: egy év alatt annyit használunk el ezekből a fosszilis energiahordozókból, amennyit egymillió év alatt képes fölhalmozni a fotoszintézis révén. Ezáltal fölborult a fotoszintézis által biztosított egyensúlyi folyamat: a fosszilis energiahordozók elégetéséből származó többlet-szén-dioxid-kibocsátással nem tud lépést tartani környezetünk.

Az egész tudományos világ egyetért abban, hogy előbb-utóbb alternatív energiaforrásokkal kell helyettesítenünk a jelenleg 80 százalékban fosszilis eredetű energiahordozókat. Energiaforrásnak nem vagyunk híján, hiszen a föld felszínét egy óra alatt körülbelül annyi napenergia éri, mint amennyit az emberiség egy év alatt fölhasznál. A fotoszintézis önmagában is csaknem tízszer annyi energiát állít elő egy év alatt, mint amennyire az emberiségnek szüksége van. A biológusok olyan megoldásokat keresnek, amelyek révén a sűrű erdőktől az óceánok mélyéig megtalálható szervezeteket a fotoszintézis folyamán energiatermelésre lehet „befogni”.

A szegedi laboratóriumban – a növények mellett, ezt az alkalmazást szem előtt tartva – algákon tanulmányozzák a fotoszintézist. Érdekes eredmény, hogy sikerült az aszkorbinsavnak egy olyan új funkcióját fölfedezniük, amelyet eddig nem ismertek. A C-vitamin ugyanis nemcsak az ember immunrendszerét erősíti, hanem – úgy tűnik – gyógyszerként képes működni a növényekben is. A fotoszintézis során az oxigénfejlesztő apparátus erősen sérülékeny. Amikor ez az enzim, a mangánkomplex meghibásodik, a C-vitamin tudja helyettesíteni, ezáltal megvédve a rendszert a károsodástól addig, amíg a javító mechanizmusok ki nem küszöbölik a hibát.

Hogy mi ennek a fölfedezésnek a jelentősége? Erre a védekező mechanizmusra meg lehet tanítani olyan növényeket is, amelyekben ez kevésbé fejlett, fokozandó a stressztűrő képességüket. De energetikai szempontból is ígéretes ez az eredmény. Mivel az oxigén gátolja a hidrogéntermelő enzim működését, a kutatók próbálkoznak azzal, hogy ha átmenetileg kikapcsolják az oxigénfejlesztő rendszert, és helyette az aszkorbinsavat használnák, a folyamatot el tudnák tolni a hidrogéntermelés irányába.

A fotoszintézis hasznosításának másik útjával is kísérleteznek a szegedi kutatók. Igaz ugyan, hogy ez a folyamat kiválóan hasznosítja a fényt, korlátja azonban, hogy időben változó módon teszi ezt, s még az intenzív napfény is igen híg energetikai szempontból. Sűríteni kell, azaz össze kell gyűjteni a sugarakat, ahogy azt a napelemek esetén nagy, szétterített panelekkel tesszük. A növényekben ezt a célt szolgálja a fotoszintézis fénybegyűjtő antennarendszere, mely nélkül a fényenergia-átalakító rendszer csak nagyon kis hatásfokkal működhetne. Ez a parányi, festékmolekulákból és fehérjékből álló rendszer mint valami tányérantenna a tölcsérszerű forma aljában gyűjti össze a fényenergiát, azt továbbítja az energiaátalakító rendszerbe, ahol a fényenergiából kémiai energia készül. A növények így akár több százszor is gyorsabban tudják működtetni az energiaátalakító rendszerüket, mint antenna hiányában.

A fényintenzitás azonban változik. Ha túl sok éri a szervezetet, akkor károsodik. A szegedi biológusok eszközigényes kísérletek során fedezték föl, hogy a növények egy korábban ismeretlen belső mechanizmusuk révén is védekezni tudnak: maguk szabályozzák a fény hasznosítását. Mondhatni, a növények igen okos módon lavíroznak az optimális tartományban, a hasznosítás és a védekezés között. Szinte a tudományos fantazmagóriák világába illő találmány lenne a mesterséges fotoszintézis. Márpedig az ehhez szükséges fénybegyűjtő rendszert sikerült „leutánoznia” a természetből egy német kutatócsoportnak. A mélytengeri fotoszintetizáló élőlényekben van egy viszonylag egyszerű, szivar alakú nanoszerkezet, a kloroszóma, amely mintegy 200 ezer, nagyon rendezett festékmolekulából áll. E lemásolt molekuláris tervrajz alapján a kutatók elkészítették a mesterséges változatot, amelynek szerkezeti föltárásában működtek együtt a szegediek az SZBK-ban kifejlesztett mérőrendszer alkalmazásával.

Hogy mi mindenre lesz jó ez a fénybegyűjtő rendszer, ha majd alkalmazzák a gyakorlatban? Fényenergiából kémiai energiát nyerhetünk mesterséges, fotokatalitikus módszerrel is. Ezeket a reakciókat is táplálni kell energiával, ezt tudja biztosítani ez a mesterséges kloroszóma. Fölhasználása számos területen képzelhető el, hiszen ez a szintetikus molekulából készült, az eredetire szerkezetileg, működésében nagyon hasonlító fénybegyűjtő rendszer beépíthető olyan katalitikus berendezésekbe, amelyek etanolt vagy hidrogént termelnek. Az ilyen rendszerek közelebb visznek bennünket a hagyományos energiaforrások környezetkímélő, gazdaságos helyettesítéséhez.

Szegeden felfedezték, hogy a C-vitamin hidrogéntermelésre is késztetheti a növényeket