Der Klimawandel ist die große Herausforderung der Weltgemeinschaft. Erneuerbare Energien, wie zum Beispiel die Solarenergie, spielen in der Bekämpfung der Klimakrise eine entscheidende Rolle. In verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen wird daher intensiv zum Klimawandel geforscht. Dr. Merle Röhr, Expertin für theoretische Chemie und Physik an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, leistet dazu ebenfalls einen Beitrag mit ihrer Expertise – und will nun das Thema Klimawandel mit einem Forschungsprojekt in Quantenbiologie angehen.
Röhr blickt im Kampf gegen den Klimawandel in die Natur: „Die Natur deckt ihren gesamten Energiebedarf durch die Aufnahme und Umwandlung von Sonnenlicht“, so die Expertin. „Besonders beeindruckend ist die Effizienz der Lichtabsorption durch Chlorosomen in grünen Schwefelbakterien, die es den Bakterien ermöglicht, selbst Orte mit minimaler Sonneneinstrahlung zu besiedeln.“
Chlorosomen bilden in Zellen einen photosynthetischen Antennenkomplex, sie beinhalten Aggregate aus dichtgepackten Chlorophyll-Molekülen, die der Absorption von Licht dienen. Der genaue atomistische Aufbau dieses Komplexes ist aber noch immer unbekannt.
Interdisziplinäres Vorgehen
Genau hier setzt Röhr in ihrer Forschung an: „Es geht in unserem Forschungsprojekt darum, ein atomistisches Bild von der Struktur der Chlorosomen zu entwickeln. Denn wenn wir aufklären, wie sie im Detail aufgebaut sind und wie sie funktionieren, können wir diese Strategien nutzen, um neue Materialien für eine effizientere Nutzung des Sonnenlichts zu entwickeln – zum Beispiel in Solarzellen.“
Analyse und Modellierung von Chlorosomen geben erste Anhaltspunkte
Doch hierfür werden Methoden aus verschiedenen Disziplinen nötig sein. „Lichtabsorption ist ein quantenmechanischer Prozess, den wir in ein molekulares Bild übertragen wollen“, so Merle Röhr. Konkret bedeutet dies: die Entwicklung eines Algorithmus zur Analyse und anschließenden Interpretation von spektroskopischen Messdaten, die an einer Reihe von Mutanten des Bakteriums Chlorobium tepidum aufgenommen wurden. Durch die gezielte Manipulation ihrer Biosynthese weisen die Mutanten simplere Strukturen auf und liefern somit für die anschließende Analyse und Modellierung von Chlorosomen erste Anhaltspunkte.