Nová zjištění biofyziků by se mohla uplatnit při dálkovém průzkumu Země

Jak ovlivňuje pohyb chloroplastů optické vlastnosti listu, tedy jak tato část rostliny propouští nebo odráží světlo? To byla jedna ze základních otázek výzkumu, který prováděli biofyzici z Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Mimo jiné navrhli novou metodiku pro charakterizaci optických vlastností v listu. Výsledky bádání hodlají zúročit také při přípravě budoucí mise Evropské vesmírné agentury (ESA), která si klade za cíl studovat fotosyntetický aparát všeho „zeleného“ na Zemi.

Optické jevy v listech jsou důležité pro to, aby rostlina mohla optimálně využít světlo, které na ni dopadá. U takzvaných autotrofních rostlin je totiž jediným zdrojem jejich energie. Pokud je ale světla příliš, může rostlinu poškodit. I když se na první pohled může zdát, že list se nedokáže dopadajícímu světlu bránit, je to pravda jen částečně. Rostliny umí vliv světla částečně usměrnit, vědci tuto schopnost označují jako aktivní změny optických vlastností. Hlavní roli v nich hraje pohyb chloroplastů v buňkách. Právě na něj proto zaměřili olomoučtí vědci pozornost. Výsledky jejich zhruba dvouleté práce publikoval časopis Remote Sensing of Environment, který v daném zaměření patří k nejlepším na světě.

„Náš výzkum má dva hlavní výstupy. Jeden směřuje hodně do praxe a týká se problematiky dálkového průzkumu Země. Řeší otázku, jak se pohyb chloroplastů v buňkách může promítnout do spektra odrazivosti, tedy jak se aktivní změna optických vlastností rostliny může promítnout do dálkového průzkumu Země,“ uvedl vedoucí výzkumu Jan Nauš.

Druhý výsledek bádání je zajímavý z teoretického hlediska. Vědci totiž měřeními prokázali, že pro absorpční proces v listu nelze využít základní absorpční zákon, tedy Lambertův zákon. Ten popisuje exponenciální pokles intenzity světla s délkou dráhy. Zákon, jenž počítá s lineárním exponentem (mocnitelem), platí velmi dobře v ředěných roztocích, které se používají pro analytické účely v laboratořích. „List je ale tak složitá heterogenní struktura, že tam zákon v jednoduché podobě neplatí. Aby vystihl absorpční děj, je třeba ho upravit. V našem pojetí spočívá novost modelu v tom, že exponent musí být nelineární,“ objasnil Nauš. Podle něj bude potřeba model ještě dále zlepšovat. Právě k tomu by měl přispět i článek v prestižním odborném časopisu. „Jsou v něm většinou publikovány modely optických vlastností listů a je to tedy platforma pro diskuzi o kvalitě a využití modelů v laboratorní a skleníkové praxi i dálkovém průzkumu Země,“ řekl další z autorů Dušan Lazár.

Výzkumníci mají za sebou měsíce měření, výpočtů a vyhodnocování výsledků. Při zkoumání optických vlastností listu tabáku a pohybu chloroplastů v buňkách využívali speciální přístroje, jejichž některé součásti si sami vyrobili. „Na list posíláme přesně definované světlo, co se týče geometrie, spektra i intenzity. Detekujeme veškeré záření, které vychází z listu, nebo které se vrací. V minulosti jsme vyvinuli i metodu ozařování difuzním světlem. Aparaturu jsme si sestavili sami a nyní jsme ji rovněž využívali,“ doplnil Nauš.

Zdejší odborníci se zabývají fotosyntézou zhruba 30 let, dvě desetiletí se věnují fluorescenci chlorofylů. V posledních deseti letech svoji pozornost upínají na to, jak struktura a složení listu ovlivňuje jeho optické vlastnosti. V souvislosti s dálkovým průzkumem Země je jejich práce ještě aktuálnější. Stále se totiž hledají metody a postupy, jak získaná data vyhodnotit. Do tohoto procesu by se vědci z CRH rádi zapojili.