Was machen Pflanzen gegen Sonnenbrand?

Sonnenlicht ist für Pflanzen als Energiequelle überlebenswichtig. Aber wie bei uns ist auch für sie zu viel davon schädlich und sogar gefährlich. Wenn die Sonne brennt, können sie allerdings nicht so einfach ausweichen oder Sonnenschutz auftragen wie wir Menschen. Was aber machen Pflanzen, wenn zu viel Sonnenlicht vom Himmel herab scheint?

Mit dem grünen Pflanzenfarbstoff Chlorophyll in ihren Blättern betreiben Pflanzen bei Tageslicht Photosynthese: Getrieben von der Energie des Sonnenlichts verwandeln sie Kohlendioxid und Wasser zunächst in Traubenzucker. Daraus stellen sie dann weitere Kohlenhydrate wie Stärke und Zellulose her. Außerdem produzieren sie, fast schon nebenbei, den für andere Lebewesen unbedingt nötigen Sauerstoff – ganze Ökosysteme beruhen auf dieser biochemischen Reaktion.

Tausendmal mehr Energie in praller Sonne

Für diese Grundlage des Lebens ist gar nicht so viel Sonnenlicht nötig – bereits ein bewölkter Himmel reicht für nahezu hundertprozentige Effizienz aus. Viele Pflanzen müssen schließlich auch bei begrenzten Lichtverhältnissen überleben können, etwa in Nähe der Polarkreise oder auch im Schatten anderer Pflanzen.

Brennt dagegen die pralle Sommersonne von einem wolkenlosen Himmel herab, gelangt eine tausendfach höhere Energiemenge in das System der Pflanze. Nimmt das Chlorophyll mehr Energie auf, als das System verarbeiten kann, so können große Mengen von aggressiven Sauerstoff-Radikalen entstehen. Diese würden die Pflanze schwer schädigen oder sogar regelrecht verbrennen. Die überschüssige Energie muss also irgendwie schadlos abgeleitet werden.

Grün und orange gegen den Sonnenbrand

Zu diesem Zweck existieren weitere Farbstoffe, die allerdings nicht grün, sondern orange gefärbt sind. Diese Karotinoide genannten Moleküle ermöglichen einen Trick, der mit dem grünen Chlorophyll allein nicht möglich ist: Grüner und orangefarbener Farbstoff lagern sich zu einem Komplex zusammen. Das Chlorophyll-Molekül überträgt darin die von ihm aufgenommene Sonnenenergie auf das Karotinoid-Molekül. Dieses wiederum wandelt die Energie in harmlose Wärme um und wirkt so wie eine Art Blitzableiter für überschüssiges Sonnenlicht. Quantenmechanische Tricks bewirken dabei, dass sich beide Moleküle zusammen verhalten wie ein einziges Molekül, welches das absorbierte Licht als Wärme wieder an die Umgebung abgibt.

Der Komplex zwischen beiden Farbstoffen besteht nur, solange strahlender Sonnenschein herrscht. Sobald auch nur eine Wolke vor die Sonne zieht, trennen sich beide Moleküle wieder. Da sie sich so schnell zusammen finden und wieder trennen können, läuft die Photosynthese stets mit der größtmöglichen Effizienz, ohne dabei außer Kontrolle zu geraten und der Pflanze einen Sonnenbrand einzuhandeln.