Auch wer wie Pflanzen, Algen und Moose von Sonnenlicht lebt, kann einen Sonnenbrand bekommen – und braucht Wege, sich selbst bei Bedarf etwas Schatten zu verschaffen. Fotosynthese treibende Zellen setzen dabei allerdings besser auf einen sehr flexiblen Lichtschutzfaktor: Er darf nie zu viel Licht blockieren, um die ständige Energieversorgung nicht zu kappen, sollte gleichzeitig aber im gleißenden Sonnenschein auch schnell hochgefahren werden können. Das klappt bei Algen sowie Moosen prima und völlig automatisch, berichten nun Gabriela Schlau-Cohen vom Massachusetts Institute of Technology und ihre Kolleginnen im Fachmagazin "Nature Chemistry": Sobald die Fotosynthese verdächtig hochtourig arbeitet, kurbelt eines ihrer Nebenprodukte die Rollläden herunter und Schatten spendende Prozesse an.

Die Forscher haben solche fotoprotektiven Mechanismen unter anderem bei Meeresalgen untersucht und auch bei Moosen nachgewiesen: Diese Fotosynthese treibenden Organismen schützen ihre Lichtantennen mit dem Protein LHCSR1 (light-harvesting complex stress-related 1), das, wie vermutet wurde, je nach Umgebungslicht innerhalb kurzer Zeit in großen Mengen produziert oder abgebaut wird: Bei starker Sonneneinstrahlung sorgt es dann in den Membranen der Chloroplasten für einen vermehrten Schutz der sensiblen Fotosyntheseprozesse. Bisher war aber unklar, wie dieser Vorgang im Detail gesteuert wird.

Mit sehr leistungsstarken Mikroskopen konnte das Schlau-Cohen-Team nun nachvollziehen, wie die Schutzproteine bei unterschiedlicher Beleuchtung tatsächlich ihre Form verändern: Sie nehmen je nach Einstrahlungsintensität verschiedene Konformationen ein. Im Dämmerlicht funktionieren die Proteine dann ähnlich wie die normalen Lichtantennen von Fotosynthese treibenden Organismen: Sie sammeln Photonen und transportieren sie in die zuständigen Zentren des Fotosyntheseapparats. Bei stärker werdender Strahlung baut sich das Protein aber um und zerstreut die Strahlungsenergie – ohne sie weiterzureichen – als Wärme. Die Transformation ist dabei pH-abhängig: Sie wird durch eine höhere Konzentration von Protonen ausgelöst, welche im Zuge des nicht zyklischen Photonentransports der Lichtreaktion vermehrt anfallen. Bei starker Sonneneinstrahlung arbeitet dieser Prozess bis zur Belastungsgrenze – weshalb der Sonnenschutz nun auf die Bremse tritt. Insgesamt ist der Vorgang schnell und flexibel genug, um die Fotosynthese an die je nach Tageszeit oder Bewölkungsveränderung wechselnden Lichtverhältnisse optimal anzupassen, freuen sich die Forscher.