Zelená energie – fotosyntéza

Boží sluneční elektrárny udivují chemiky

Jonathan Sarfati

(Z Creation.com přeložil Pavel Kábrt – 06/2013. Translation granted by Creation.com – přeloženo s povolením od Creation.com.)

Ilustrační foto

Zelené rostliny jsou nádhernou součástí zemského prostředí, a bez nich by nebyl život. Bůh je stvořil třetí den svého Stvořitelského týdne (Gen 1:10-13), ještě před zvířaty, a dokonce před stvořením Slunce. (1) Na počátku stvoření byli lidé a všechna zvířata býložravci (Genesis 1:29-30).

A až dosud jsou rostliny základem potravního řetězce, protože samy vlastní potravu nepotřebují, ale získávají ji fotosyntézou pomocí slunečního světla. V tomto procesu také produkují kyslík, který je podstatný pro ty živé organizmy, které dýchají vzduch. A tak je fotosyntéza jednou z nejdůležitějších chemických reakcí na zemi. Kdyby se nám podařilo ji napodobit, asi by to vyřešilo všechny světové problémy s energií. (2) Ale zatím ani těm nejzdatnějším chemikům se dosud nedaří popasovat se s nástrojem těch nejprostších rostlin.

Unikátní… uspořádání… je základem… protože musí být schopno skladovat energii ze čtyř fotonů a udržet molekuly vody právě v té správné poloze. Taková struktura musela být od počátku kompletní, protože jinak by vůbec nefungovala…Takže nemohla vznikat postupně malými změnami přírodním výběrem… protože nekompletní polotovar je zcela bez užitku a nebyl by tedy vyselektován.

Problém štěpení vody

Klíčem k fotosyntéze je rozštěpení molekuly vody na vodík a kyslík. Vodík se pak může spojovat se vzdušným CO₂ a vytvářet tak cukry, které rostlina (a býložravci) mohou použít pro svoji stravu. Toto vše se odehrává v molekulách nazývaných chlorofyl, který je také odpovědný za rostlinnou zeleň.

Jenže rozbít vodu vyžaduje ohromné množství energie – v podstatě to je množství, které se na prvním místě uvolní při spalování vodíku při vzniku vody.

Jedním problémem je sama podstata světla. Světlo je formou energie, ale tato energie přichází v „balíčcích“ nazývaných fotony. Pokud energie fotonu není dostatečně velká, aby rozštěpila molekulu vody, pak je lhostejné, kolik fotonů se procesu účastní (tj. úroveň jasu světla). Jenže foton, který nese dostatečnou energii (3) k rozštěpení vody, by při tomto procesu také zničil biologické molekuly. A přesto nepozorujeme, že by listy vybuchovaly!

Před několika lety dva chemici z Yalské Univerzity, Gary Brudvig a Robert Crabtree, vytvořili umělý systém, který byl schopen produkovat kyslík. (4) Nicméně nevytvořili něco, co by využívalo energii světla, ale použili místo toho chemickou energii silných odbarvovacích prostředků (bělidel). (5) I přesto vyprodukovali pouze 100 molekul kyslíku předtím, než byly zničeny. Ale i tak to byl velký úspěch, viděno lidskými měřítky, protože vzniklo něco, co se okamžitě nerozpadlo. (6)

Chytré řešení (7)

Ukazuje se, že v listech je speciální uspořádání nazývané Fotosyntéza II (nazvána tak proto, že byla objevena jako druhá). Na toto uspořádání narazí foton a je nasměrován na typ chlorofylu nazývaný P680. Zde vyrazí z atomu elektron a tento energií nabitý elektron nakonec způsobí vznik cukrů z CO₂. Poté ale musí P680 opět doplnit ztracený elektron. A toto je právě ten velký problém u umělé fotosyntézy – chemici zatím nebyli schopni vytvořit systém, který by nahrazoval elektrony, které byly fotony vyraženy. Bez toho se fotosyntéza rychle zastaví – a tak je tu důležitá otázka, jak jsou elektrony nahrazovány?

Přicházejí ze speciálního katalytického jádra, které potřebné elektrony separují z vody, a to znovu za pomoci světla. Světlo rozštěpí dvě molekuly vody na molekulu kyslíku, čtyři elektrony a dva vodíkové ionty.

Jádro má jedinečné uspořádání atomů s neobvyklým krychlovým uspořádáním tří atomů manganu, jednoho atomu vápníku a čtyřech kyslíků, vše navázáno jen na mangan /podívejte se na nejčerstvější informace zde: Where Water Is Oxidized to Dioxygen: Structure of the Photosynthetic Mn₄Ca Cluster, Science 314(5800):821-825, 3. listopad 2006; Learning how nature splits water/. Toto jádro vyprodukuje dostatek energie ve formě redoxního potenciálu, /8/ stupňovitě, pomocí absorbování čtyř fotonů.

Oxidačně-redukční potenciál vody je +2,5 V, každý foton ale zvyšuje katalytický redukční potenciál jádra o 1 V. Takže po třetím stupni už existuje dostatek energie jen pro mangan k odstranění elektronu z molekuly vody, čímž zůstane OH radikál a H⁺ iont. Poté se katalytické jádro dostane ke čtvrtému stupni a poskytne atomu manganu dostatek energie, aby interagoval s OH radikálem; tím vznikne vysoce reaktivní atom kyslíku a další H⁺ iont. V tomto okamžiku atom vápníku v krychli sehraje zásadní roli. Zadržuje další molekulu vody právě na tom správném místě, může tedy interagovat s tímto atomem kyslíku, čímž se vytvoří molekula O₂, dva další H⁺ ionty a dva elektrony.

Jedinečné uspořádání Mn₃CaO₄-Mn je přítomno ve všech rostlinách, řasách a cyanobakteriích, což vnuká myšlenku, že toto uspořádání je zcela základní, nepostradatelné. Není to až tak překvapující, vždyť to musí být schopno skladovat energii od čtyř fotonů a držet vodu právě v té správné pozici. Takovéhle uspořádání musí být kompletní, jinak by vůbec nefungovalo – aby rozštěpilo vodu a nahradilo elektrony. A tak je vyloučené, aby mohlo vznikat postupně po malinkatých změnách pomocí přírodního výběru. Neboť by nekompletní polotovar byl zcela bezcenný a neprošel by selekcí.

A navíc i toto jádro by bylo neužitečné bez mnoha koordinovaných rysů. Například, jak uvedeno výše, potřebná energie by byla schopná zničit biologické molekuly. Jsou tedy zapotřebí klíčové proteiny, které musí být neustále opravovány a celý tento mechanizmus musí být rovněž přítomen. Nestabilita těchto proteinů by ve skutečnosti způsobila obtížnost vzniku struktury jádra. (9)

Jestliže ti nejinteligentnější lidští designéři nejsou schopni napodobit fotosyntézu, pak je naprosto dokonale vědecké věřit, že fotosyntéza měla ještě o mnoho více inteligentního konstruktéra. To zvláště ještě podtrhuje ten fakt, že darwinovské procesy nemohly fotosyntézu vygenerovat, protože aby fungovala, je třeba mnoho jemných mechanizmů pohromadě. (10)

Rostliny tu byly od samého počátku

Výzkumy ukazují, že i v „nejstarších“ horninách na Zemi už byl kyslík, dle evolučního „datování“ jde o horniny 3,7 miliardy let staré. (11) Z toho vyplývá, že tu byly zelené rostliny, které kyslík produkovaly. Jenže evolucionisté tvrdí, že Země byla bombardována meteority ještě někdy kolem 3,8 miliardy let před námi.

Tento poslední výzkum tedy ukazuje, že život existoval od okamžiku, kdy jej Země mohla udržet. Není tedy žádný prostor pro „miliardy a miliardy let“ vývoje života. A tento život nebyl nějakého primitivního typu, ale byl dostatečně vyspělý, aby mohl operovat fotosyntézou. (12)

Navíc je tento poznatek zcela devastující pro teorie o chemické evoluci vedoucí ke vzniku života. (13) Známé experimenty Stanley Millera a Harolda Ureye s výboji v plynu musí zcela vyloučit přítomnost volného kyslíku, protože kyslík ničí organické molekuly a okamžitě zastavuje jejich syntézu. Je-li však kyslík tak starý jako nejstarší horniny, neexistuje žádný geologický důkaz k existenci hypotetické redukční (bezkyslíkaté) atmosféry, která je k těmto syntézám nutná.

Příbuzné články

• In pursuit of plant power
  Entropy at work: skeptic blunders on thermodynamics
  Shining light on the evolution of photosynthesis
  C4 photosynthesis—evolution or design?
  Photosynthetic sea slugs
  In pursuit of plant power

Odkazy

1. Velcí ranní křesťanští autoři poukazovali na to, že skutečnost, že Bůh stvořil rostliny ještě dřív než Slunce ukazuje, že pohanské uctívání Slunce je nesmysl. Nicméně židovští i reformovaní autoři souhlasně tvrdili, že Slunce bylo stvořeno v doslovný 4. den stvoření. Viz Sarfati, J., Refuting Compromise, pp. 84–86, Master Books, Green Forest, AR, 2004.
2. Compare Knight, W., Spinach could power better solar cells, NewScientist.com news service, 21 September 2004.
3. Energie E se vztahuje k frekvenci v (ný) ve vztahu E=hv, kde h=Planckova kostanta=6.6262×10^-34 Js. Foton s dostatečnou energií rozštěpit vodu bude v utrafialové oblasti elektromagnetického spektra.
4. Burke, M., Green miracle, New Scientist 163(2199):27–30, 14 August 1999.
5. Je pozoruhodné, že prostý jednobuněčný organizmus v uzlinách kořenů luštěnin používá ještě mnohem lepší mechanizmus chemické energie k rozštěpení molekuly dusíku, která je ještě pevnější než molekula vody. Viz Demick, D., The molecular sledgehammer, Creation 24(2):52–53, 2002.
6. See Ref. 3; cf. Plant energy miracle, Creation 22(1):9, 1999.
7. Hunter, Ph., Flower Power, New Scientist 182(2445):28–31, 1 May 2004.
8. Redoxní potenciál (redukčně oxidační) měří, jak silně molekula nebo iont přitahuje elektrony. Čím je síla přitahující elektrony silnější, tím je kladnější; čím je slabší, tím je zápornější. Redoxní potenciál se měří ve voltech. Redoxní potenciál vody je vysoký, potřebuje tedy být narušen vyšší energií, jako má třeba atom kyslíku, aby byl odstraněn jeden z jeho elektronů.
9. By X-ray crystallography—see Zouni, A. and six others, Crystal structure of photosystem II from Synechococcus elongatus at 3.8 Å resolution, Nature 409(6821):739–743, 8 February 2001.
10. See also Swindell, R. Shining light on the evolution of photosynthesis, Journal of Creation 17(3):74–84, 2003.
11. Rosing, M.T. and Frei, R., Prahorní sedimentární dno bohaté na uran v Grónsku-indikace více jak 3700 miliónů let kyslíkové fotosyntézy, Earth and Planetary Science Letters 217:237–244, 2004. Důkazy byly čistě jen nepřímé-poměry jistých izotopů uhlíku byly zcela typické pro fytoplankton a přítomnost uranu naznačovala, že byl transportován v roztoku okysličenou oceánskou vodou.
12. Davis, K., Photosynthesis got a really early start, New Scientist 184(2467):14, 2 October 2004 discusses evidence for photosynthetic microbes at 3.4 Ga, by evolutionary dating.
13. See for problems with chemical evolution.