„PREČO je tráva zelená?“                            

Možno ste ako dieťa kládli rovnakú otázku. Uspokojila vás odpoveď? Detské otázky, ako je napríklad táto, môžu byť niekedy veľmi ťažké. Môžu nás podnietiť k hlbšiemu zamysleniu sa nad každodennými vecami, ktoré považujeme za samozrejmé, a tak nám umožnia objaviť skryté zázraky tam, kde by sme ich nikdy neočakávali. Aby sme pochopili, prečo je tráva zelená, predstavme si niečo, čo zdanlivo nemá s trávou nič spoločné. Skúste si predstaviť dokonalú továreň. Nemala by dokonalá továreň pracovať ticho a vyzerať príťažlivo? Dokonalá továreň by mala svojou výrobnou činnosťou zveľaďovať životné prostredie a nie ho znečisťovať. Samozrejme, mala by produkovať niečo užitočné — niečo, čo je naozaj životne dôležité — a to pre každého. Takáto továreň by mohla v skutočnosti pracovať na solárnu energiu, nemyslíte? Potom by nepotrebovala na získavanie energie ani elektrický prúd a ani dodávky uhlia alebo ropy. Dokonalá továreň na solárnu energiu by nepochybne používala solárne články, ktoré sú na oveľa vyššej úrovni než technika ľudstva, ktorá sa dnes používa. Tieto články by boli vysoko účinné, lacné a neznečisťujúce, či už by išlo o ich výrobu alebo o ich použitie. Hoci by v továrni bola použitá najmodernejšia technika, akú si len možno predstaviť, dokonalá továreň by fungovala nenápadne, bez neočakávaných porúch a havárií či nekonečného nastavovania, ktoré všeobecne najmodernejšia technika dnes potrebuje. Očakávali by sme tiež, že prevádzka dokonalej továrne bude úplne automatická, čiže jej prevádzka si nebude vyžadovať žiadnu obsluhu. Dokonalá továreň by bola schopná sama sa opravovať, udržiavať, ba dokonca sama sa skopírovať. Je takáto továreň iba science-fiction? Je to len výplod fantázie? Nie, pretože takáto dokonalá továreň je taká skutočná ako to, že je tráva pod vašimi nohami. Tráva v skutočnosti je takou dokonalou továrňou, rovnako ako aj papraď vo vašej kancelárii alebo strom, ktorý rastie pod vaším oknom. Vlastne ktorákoľvek zelená rastlina je takou dokonalou továrňou! Zelené rastliny zásobované energiou slnečného svetla využívajú oxid uhličitý, vodu a minerály na produkciu potravy, ktorá priamo alebo nepriamo slúži takmer všetkému živému na zemi. Rastliny pri tomto procese obohacujú atmosféru, pretože z nej odčerpávajú oxid uhličitý a zároveň do nej uvoľňujú čistý kyslík. Odhaduje sa, že zelené rastlinstvo zeme vyprodukuje ročne celkovo asi 150 až 400 miliárd ton cukru — čo hmotnosťou oveľa prevyšuje celkovú ročnú produkciu všetkých železiarní, oceliarní, automobiliek a tovární na výrobu lietadiel na svete. Rastliny pomocou slnečnej energie odštiepujú z molekúl vody atómy vodíka, ktoré potom naviažu na molekuly oxidu uhličitého zo vzduchu, a tak menia oxid uhličitý na karbohydrát označovaný ako cukor. Tento pozoruhodný proces sa nazýva fotosyntéza. Rastliny môžu potom využívať nové molekuly cukru buď ako zdroj energie, alebo ako zásobu „potravy“, keď z nich vytvoria škrob, alebo ako celulózu čiže pevný, vláknitý materiál, z ktorého sa skladá rastlinné pletivo. Len si to predstavte! Obrovská sekvoja, ktorá sa nad vami týči do výšky 90 metrov, sa pri svojom raste vytvárala predovšetkým z obyčajného vzduchu zlučovaním molekuly oxidu uhličitého a molekuly vody na nespočetných miliónoch mikroskopických ‚montážnych liniek‘, ktoré sa nazývajú chloroplasty. Ale ako? Pozrime sa na „mechanizmus“ Vytvoriť sekvoju z obyčajného vzduchu (a vody a niekoľkých minerálov) je skutočne úžasné, ale nie je v tom žiadna mágia. Je to výsledok inteligentného projektu a technológie, čo predstihuje akúkoľvek ľudskú techniku. Vedci iba postupne odhaľujú mechanizmus tejto čiernej skrinky fotosyntézy a s úžasom hľadia na veľmi dômyselné biochemické procesy, ktoré pri nej prebiehajú. Nazrime teda spolu s nimi dovnútra na „mechanizmus“, od ktorého závisí takmer všetok život na zemi. Možno postupne dostaneme odpoveď na našu otázku: „Prečo je tráva zelená?“ Pripravme si náš spoľahlivý mikroskop a prezrime si typický list. Keď sa na list pozeráme voľným okom, zdá sa nám, že je zelený, ale to je iba zdanie. Jednotlivé rastlinné bunky pri pohľade cez mikroskop už nie sú také zelené. Sú skoro úplne priehľadné, ale každá z nich obsahuje asi 50 až 100 drobných zelených bodiek. Tieto bodky sú chloroplasty, v ktorých sa nachádza zelený chlorofyl citlivý na svetlo a v ktorých prebieha fotosyntéza. Čo sa však v chloroplastoch deje? Chloroplast sa podobá drobnému vaku, ktorý obsahuje menšie, sploštené váčky nazývané tylakoidy. Nakoniec sa nám podarilo objaviť, kde je zelená farba trávy. Molekuly zeleného chlorofylu nie sú na povrchu tylakoidov rozložené iba náhodne, ale sú pravidelne usporiadané do zoskupení, ktoré nazývame fotosystémy. Vo väčšine zelených rastlín existujú dva typy fotosystémov, ktoré sa označujú ako PSI (fotosystém I) a PSII (fotosystém II). Fotosystémy pracujú podobne ako špecializované výrobné tímy robotníkov v továrni, pričom každý tím zabezpečuje pri fotosyntéze vykonávanie určitej série krokov. „Odpad“, ktorý nie je odpadom Keď slnečné svetlo dopadá na povrch tylakoidu, systémy molekúl chlorofylu PSII, označované ako komplexy svetelnej absorpcie, sú pripravené absorbovať svetlo. Tieto molekuly majú predovšetkým záujem o absorpciu červeného svetla určitej vlnovej dĺžky. Na iných miestach tylakoidu sú systémy PSI, ktoré čakajú na svetlo s trocha väčšou vlnovou dĺžkou. Chlorofyl a niektoré ďalšie molekuly, ako sú napríklad karotenoidy, zároveň absorbujú modré a fialové svetlo. Prečo je teda tráva zelená? Zo svetla všetkých vlnových dĺžok, ktoré dopadá na rastliny, iba zelené svetlo rastliny nevyužívajú, a preto ho odrážajú, a práve toto svetlo naše oči a fotoaparáty zachytávajú. Len si to predstavte! Jemná zeleň jari či tmavosmaragdová zeleň leta sú vlastne vlnové dĺžky svetla, ktoré rastliny nepotrebujú, ale nám ľuďom tieto farby lahodia! Teda na rozdiel od znečisťovania ľudskými továrňami a ich odpadu, toto „odpadové“ svetlo určite nie je odpadom, keď sa pozeráme na nádhernú lúku alebo les a našu dušu osviežuje príjemná farba života. Vráťme sa však k chloroplastom. V systémoch PSII je energia z červenej zložky slnečného svetla dodávaná elektrónom v molekulách chlorofylu, až kým elektrón nemá toľko energie, že sa stane excitovaným a preskočí zo systému do náručia nosnej molekuly, ktorá je v membráne tylakoidu. Elektrón potom podobne ako tanečnica, ktorú si pri tanci partneri odovzdávajú medzi sebou, prechádza z jednej nosnej molekuly do druhej, a tak postupne stráca energiu. Keď sa jeho energia dostatočne zníži, môže byť spoľahlivo použitý, aby nahradil elektrón v druhom fotosystéme, v PSI. — Pozri zobrazenie 1. Medzitým systému PSII chýba elektrón, čím získava kladný náboj a cíti hlad po nejakom elektróne, ktorý by nahradil ten stratený elektrón. Oblasť systému PSII známa ako komplex uvoľňujúci kyslík, je vyvedená z miery podobne ako človek, ktorý práve zistil, že mu ukradli peňaženku. Kde sa dostanem k nejakému elektrónu? Aha! Neďaleko sa poneviera nešťastná molekula vody. Čaká ju nepríjemné prekvapenie. Roztrhávanie molekúl vody Molekula vody sa skladá z pomerne veľkého atómu kyslíka a z dvoch malých atómov vodíka. Komplex uvoľňujúci kyslík v systéme PSII obsahuje štyri ióny kovového prvku mangánu, ktoré atómom vodíka v molekule vody odnímu elektróny. Následkom toho sa molekula vody rozštiepi na dva kladné ióny vodíka (protóny), jeden atóm kyslíka a dva elektróny. Ako sú štiepené ďalšie molekuly vody, atómy kyslíka začnú vytvárať dvojice, molekuly plynného kyslíka, ktoré potom rastlina na náš úžitok vylučuje do vzduchu. Ióny vodíka sa začnú akumulovať vo „vaku“ tylakoidu, kde ich môže rastlina využiť, a elektróny sa využívajú na doplnenie komplexu PSII, v ktorom sa potom môže zopakovať tento cyklus mnohokrát za sekundu. — Pozri zobrazenie 2. Ióny vodíka natlačené vo vaku tylakoidu si začnú hľadať cestu von. Okrem dvoch iónov vodíka, ktoré pribúdajú z každého štiepenia molekuly vody, pribúdajú aj ďalšie ióny vodíka, ktoré sú do vaku tylakoidu priťahované elektrónmi PSII, keď tieto elektróny prechádzajú do komplexu PSI. Onedlho začnú ióny vodíka bzučať ako rozhnevané včely v preplnenom úli. Ako sa môžu dostať von? Vychádza najavo, že skvelý Vynálezca fotosyntézy zabezpečil východ cez jednosmerné otáčavé dvere, ktoré tvorí zvláštny enzým vyrábajúci veľmi dôležitú bunečnú pohonnú látku, takzvaný ATP (adenozíntrifosfát). Ako si ióny vodíka otáčavými dverami prerážajú cestu von, dodávajú energiu, ktorá je potrebná na doplnenie energie vybitých molekúl ATP. (Pozri zobrazenie 3.) Molekuly ATP sú akési drobné bunkové batérie. Priamo na mieste dodávajú malé dávky energie pre všetky typy reakcií v bunke. Tieto molekuly ATP neskôr využíva fotosyntetická montážna linka vyrábajúca cukor. Pri skladaní cukrov je okrem ATP veľmi dôležitá ešte ďalšia malá molekula. Nazýva sa NADPH (redukovaná forma nikotínamidadeníndinukleotidfosfátu). Molekuly NADPH sa podobajú malým dodávkovým autám, ktoré privezú atóm vodíka k čakajúcemu enzýmu, ktorý ho potrebuje ako výpomoc pri stavbe molekuly cukru. Vytvorenie NADPH má na starosti komplex PSI. Zatiaľ čo jeden fotosystém (PSII) je plne zamestnaný tým, že trhá molekuly vody a využíva ich na tvorbu ATP, druhý fotosystém (PSI) absorbuje svetlo a vysiela elektróny, ktoré sú nakoniec použité na tvorbu NADPH. Molekuly ATP sú spolu s molekulami NADPH uskladnené mimo tylakoidu a neskôr sú použité na montážnej linke cukru. Nočná zmena I keď sa prostredníctvom fotosyntézy každoročne vyrobia miliardy ton cukru, pri samotných reakciách fotosyntézy, ktoré využívajú energiu svetla, sa nevytvára žiaden cukor. Tieto reakcie iba vyrábajú ATP („batérie“) a NADPH („dodávkové autá“). V priestore okolo tylakoidov nazývanom stróma sa nachádzajú enzýmy, ktoré využívajú ATP a NADPH pri výrobe cukru. Rastliny dokážu v skutočnosti vyrábať cukor v úplnej tme! Chloroplast možno prirovnať k továrni, v ktorej dve zmeny (PSI a PSII) vnútri tylakoidov pripravujú batérie a dodávkové autá (ATP a NADPH) pre tretiu zmenu (zvláštne enzýmy), ktoré pracujú v stróme mimo tylakoidu. (Pozri zobrazenie 4.) Táto tretia zmena vyrába cukor tak, že zlučuje atómy vodíka a molekuly oxidu uhličitého v presnej postupnosti chemických reakcií za pomoci enzýmov v stróme. Cez deň môžu pracovať všetky tri zmeny, pričom zmena vyrábajúca cukor pracuje do noci, kým nespotrebuje všetky zásoby ATP a NADPH vyrobené dennou zmenou. Strómu si možno predstaviť ako akúsi bunečnú zoznamovaciu agentúru, ktorá je plná atómov a molekúl, ktoré potrebujú medzi sebou uzavrieť „sobáš“, ale samy na to nikdy nenazbierajú odvahu. Určité enzýmy sú ako malí, veľmi agilní sobášni sprostredkovatelia.* Sú to proteínové molekuly zvláštneho tvaru, ktorý im umožňuje uchopiť pre určitú reakciu správne atómy alebo molekuly. Tieto enzýmy sa však neuspokoja s tým, že budúcich manželských partnerov iba zoznámia. Sú spokojné až vtedy, keď vidia sobáš, a preto uchopia budúci pár a uvedú týchto zdráhavých partnerov do priameho vzájomného kontaktu, čím ich donútia uzavrieť manželstvo akýmsi vynúteným biochemickým sobášom. Po obrade enzýmy prepustia novú molekulu a pokračujú v neustále sa opakujúcom procese. Enzýmy v stróme si s neuveriteľnou rýchlosťou navzájom podávajú čiastočne dokončené molekuly cukru, ktoré preskupujú, zásobia energiou pomocou ATP, ďalej k nim pridávajú oxid uhličitý a pripájajú vodík, až sú z toho nakoniec cukry s troma uhlíkmi, ktoré môžu byť na inom mieste v bunke premenené na glukózu a na mnohé ďalšie obmeny cukru. — Pozri zobrazenie 5. Prečo je tráva zelená? Fotosyntéza je oveľa viac ako iba základná chemická reakcia. Je to biochemická symfónia, ktorá ohromuje svojou zložitosťou a tajomnosťou. Kniha Life Processes of Plants (Životné procesy v rastlinách) to vyjadrila takto: „Fotosyntéza je podivuhodný, vysokoorganizovaný proces, ktorý využíva energiu fotónov slnečného svetla. Zložitú stavbu rastliny a neuveriteľne zložité biochemické a genetické riadiace systémy, ktoré usmerňujú priebeh fotosyntézy, možno pokladať za rozvinutú podobu základného procesu spočívajúceho v zachytávaní fotónu a v premene jeho energie na chemickú energiu.“ Inými slovami, pochopiť, prečo je tráva zelená, znamená s obdivom žasnúť nad projektom a technológiou, ktoré oveľa prevyšujú všetko, čo človek vynašiel — nad „strojmi“ mikroskopických rozmerov, ktoré sa samočinne regulujú a udržiavajú a ktoré vykonávajú tisíce, ba milióny cyklov za sekundu (bez hluku, bez znečisťovania a bez odpudzujúceho vzhľadu), pričom premieňajú slnečné svetlo na cukor. Pre nás je to príležitosť zahliadnuť niečo z plánu skutočného konštruktéra a inžiniera — nášho Stvoriteľa, Jehovu Boha. Myslite na to, keď nabudúce budete obdivovať Jehovove nádherné dokonalé továrne, pomocou ktorých je udržiavaný život, alebo keď sa budete najbližšie prechádzať po krásnej zelenej tráve.

Cez certitude môžete overiť riešenie svojej kešky.