Fotovoltická energetika organizmov

dnes poznáme len dva energetické zdroje pozemského života, ktoré by sa dali označiť ako vonkajší a vnútorný. Vonkajším zdrojom je trvalý fotónový dážď slnečného žiarenia. Vnútorným zdrojom je energia žeravej magmy Zeme.

Fotosyntéza, poháňaná slnečným žiarením, sa dlho považovala za jedinú energetickú podporu života. V 80. rokoch minulého storočia však boli objavené mikroorganizmy, ktoré nie sú závislé od svetla a produktov fotosyntézy. Ide o organizmy žijúce v blízkosti podmorských hydrotermálnych komínov. Vysoká teplota a trvalá cirkulácia horúcej vody v komínoch zaručuje nepretržitú tvorbu energeticky „nabitých“ molekúl (napríklad vodík, sírovodík, metán), ktoré sú druhým externým pohonom života.

Podstatnou vlastnosťou živých systémov je, že ani jedna forma vonkajšej energie nie je pre ne priamo využiteľná. Energia musí byť najprv transformovaná do vhodnejšej formy. Až spracovanú energiu možno použiť na rôznorodé funkcie, akými sú mechanický pohyb, anabolické reakcie či transport látok. V tom je správanie organizmov zhodné s naším spôsobom premeny energie vetra, prúdiacej vody či fotónov na elektrickú formu. A na využitie energie z elektrární sú už naše stroje, prístroje a iné zariadenia pripravené.

Niečo veľmi podobné sa deje aj v živej prírode. V podstate vo všetkých organizmoch je počiatočný spôsob konverzie vonkajšej energie na biologicky využiteľnú formu založený na tvorbe elektrických prúdov v bunkách. Nositeľmi týchto prúdov môžu byť elektróny (e–), protóny (H+), chloridové anióny (Cl–) a sodíkové katióny (Na+). Pozoruhodné je, že rôznorodé nároky života sú z energetického hľadiska zredukované na pohyb štyroch typov nabitých častíc. Čo sa týka frekvencie výskytu, prevládajúce sú prúdy protónov a elektrónov. Až na druhom mieste je energetika založená na toku iónov chlóru a sodíka.

Ako teda bunky menia vonkajšiu energiu na elektrickú a ako túto elektrickú energiu akumulujú? Vznik prúdov a akumulácia energie sú spojené s biologickými membránami. Membrány slúžia na prvý pohľad len na mikroskopické balenie a separáciu. V takom prípade by však úloha membrán bola len pasívna a prechod látok dnu či von z buniek by sa riadil zákonmi difúzie. Ale v skutočnosti má každá bunka schopnosť aktívneho prenosu látok cez membránu. Od membrán závisí nielen to, aké látky bude bunka prenášať proti koncentračnému gradientu, ale aj to, či bude tieto látky prednostne prijímať alebo sa ich zbavovať.