Je hoeft geen vlees te eten om heel groot te worden

Evolutie van Sauropoden. Helemaal rechts: de mens ©Nature

Bij niet-biologen bestaat nog wel eens het idee dat vlees gezond is en als je groot en sterk wilt worden je veel vlees moet eten. Maar, je hoeft geen vlees te eten om heel groot te worden. Dat concludeer ik uit het artikel 'Dinosaurs: Rise of the titans' in de Nature van 14 juli. Ik ga niet het hele artikel samenvatten, maar licht er één aspect uit: voedsel.

De Sauropoden (dinosauriërs) waren de grootste landdieren ooit. De grootste bereikten een gewicht van 100.000 kilo. Hun verre voorouders waren kleine beestjes van 7-8 kilo. Dat is al opmerkelijk genoeg. Nog opmerkelijker is dat ze oorspronkelijk carnivoor waren en geleidelijk in de loop van miljoenen jaren via omnivoor evolueerden tot planteneters. De beslissende factor in de evolutie naar grotere lichaamsgrootte was de overgang naar plantaardig voedsel. Een carnivore dinosauriër met een gewicht van 100.000 kilo zou nooit voldoende vlees te pakken kunnen krijgen om aan zijn dagelijkse behoefte te voldoen, schrijft het artikel. (een beest van 100.000 kilo zou nooit hard kunnen rennen om een prooidier te pakken). Maar het waren ook geen graseters. Ze stonden te midden van bomen en ontdeden de bomen van hun bladeren, terwijl ze eerder hun lange nek bewogen dan hun massieve poten. Ook hun gebit veranderde van een carnivoor gebit via een omnivoor gebit in een herbivoor gebit.

De carnivore Tyrannosaurus rex kwam niet verder dan 6.000 - 8.000 kilo.

Vergelijk hedendaagse grote herbivore dieren: olifant, nijlpaard, giraffe. De Sauropoden zou je kunnen zien als een kruising tussen olifant en giraffe.

Het artikel vertelt niets over de ecologie, maar ik voorspel dat ze leefden in warme gebieden met snelgroeiende loofbomen, en vooral zeer uitgestrekte wouden.

Je hoeft geen vlees te eten om heel groot te worden! Alléén vegetariërs kunnen echt groot worden!

Bron

Dinosaurs: Rise of the titans, Fredric Heeren, News Feature Nature 13 July 2011

Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (4)

Tot mijn grote verbazing vond ik in Science 13 mei 2011 een prachtig overzichtsartikel (1) dat de energie efficiëntie van fotosynthese en zonnepanelen op een veel betere en wetenschappelijk verantwoorde manier vergelijkt, dan ik in mijn vorige 3 blogs heb gedaan! Maar ik vond er ook evolutionaire aspecten in terug die geheel overeenkwamen met wat ik eerder had geblogd.

energie uit zonlicht

De bedoeling van het artikel is om energie omzettingen te vergelijken in de context van het wereld energie probleem. Welke methode haalt de meeste energie uit zonlicht? Een zeer actuele vraag. Maar in plaats van de naïeve manier van vergelijken van Bas Haring, legt het artikel uit waarom hier appels met peren vergeleken worden, en hoe het beter kan. Fotocellen slaan géén energie op, terwijl planten de zonne-energie opslaan in energierijke chemische verbindingen die ze vervolgens gebruiken om te leven, te groeien en zich voort te planten (dat had ik ook al opgemerkt).

eerlijke vergelijking

Het aardige van het artikel is dat het komt met een 'eerlijke' vergelijking: zonlicht gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Want water splitsten kan zowel technisch als biologisch. Bij fotosynthese is dit zelfs standaard. Bij de technologische methode moet een fotocel gekoppeld worden met electrolyse. Dat soort technische systemen komen tot een netto efficiëntie van 11%. Natuurlijke fotosynthese heeft onder optimale condities een quantum efficiëntie van bijna 100%! Dit was al in 1974 bekend! Dat wist ik niet toen ik mijn eerste blog over dit onderwerp schreef. Echter als je meet wat er gedurende een jaar aan biomassa wordt geproduceerd onder vergelijkbare omstandigheden als zonnecellen, dan kom je tot niet meer dan 1% voor planten en 3% voor algen (2). Dit kan oplopen tot 7% als je je beperkt tot de groeifase van de plant. Planten groeien niet het hele jaar. De technische systemen winnen het. Hoe groot het verschil is hangt dus af van hoe en wat je meet.

CO2

De auteurs hebben ook een theoretisch maximum efficiëntie voor fotosynthese berekend. Ze komen tot 12%. Dit maximum kan benadert worden door CO2 gehalte van de lucht op te voeren! Dat zijn dus uitsluitend omgevingsfactoren. Dit gebeurt -zoals bekend- door mondiale industriële CO2 uitstoot en staat bekend als klimaatopwarming. Zie mijn blog: Hoe rekbaar is onze planeet? (2). Over dwarsverbanden gesproken!

fine-tunen

Zeer interessant: de efficiëntie van fotosynthese kan verder opgevoerd worden met het fine-tunen (3) van de pigmenten die licht opvangen, waardoor je de efficiëntie kunt verdubbelen! Ook kun je door kunstmatige selectie van de planten de biobrandstofproductie verhogen. Evolutie heeft dat nooit gedaan. De mens ook niet. Wel heeft selectie gedurende duizenden jaren voor hogere voedselproductie in de landbouw succes gehad. Maar zelfs selectie op maximale voedselproductie is niet synoniem met maximale fotosynthese. Selecteren voor voedselproductie is wat anders dan selecteren voor biobrandstof. Er zijn nog meer fascinerende methodes om fotosynthese te verbeteren, zoals synthetische biologie (genetic engineering).

doelen

Het artikel is erg leerzaam en het doet je nog eens goed beseffen dat evolutie 'andere doelen nastreeft' dan de mens in de landbouw en biobrandstofproductie. En daardoor ga je ook begrijpen dat je efficiënties van natuurlijke fotosynthese kunt verhogen, zonder dat dat betekent dat de efficiëntie in zijn oorspronkelijke context in absolute zin laag genoemd mag worden. De bottomline is: efficiënties vergelijken zonder de definitie er in te betrekken is naïef en betekenisloos.

Postscript

29 maart 2019

Een oorzaak van lager dan theoretisch mogelijke fotosynthese is de trage reactie van huidmondjes (stomata) bij wisselende lichtintensiteiten. Via de stomata wordt CO2 opgenomen en -als onvermijdelijk neveneffect- vindt verdamping van water plaats. CO2 is nodig voor fotosynthese. Door de snelheid van het openen en sluiten van stomata kunstmatig te verhogen, kon de fotosynthetische efficiëntie verhoogd worden. [4].

Noten

1. Robert E. Blankenship et al (2011) Comparing Photosynthetic and Photovoltaic Efficiencies and Recognizing the Potential for Improvement, Science 13 mei 2011
2. Definitie: "the energy efficiency of photosynthesis is defined as the energy content (heat of combustion of glucose to CO₂ and liquid H₂O at STP) of the biomass that can be harvested annually divided by the annual solar irradiance over the same area." (STP = standard temperature and pressure). Deze definitie (biomassa) maakt fotosynthese niet echt vergelijkbaar met zonnecellen, lijkt mij zo. Men zou zuurstof productie als maatstaf kunnen nemen. (zondag 17 juli)
3. Dit geeft fantastische argumenten tegen intelligent design van fotosynthese! Een onderwerp voor een volgend blog! 
4. 'Optogenetic manipulation of stomatal kinetics improves carbon assimilation, water use, and growth'. Science 29 maart 2019.  

 

Vorige blogs

• Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (3) 9 jul 2011
• Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (2) 6 jul 2011
• Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (1) 4 jul 2011
  

Hoe rekbaar is onze planeet? (2)

In mijn vorige blog besprak ik Hoe rekbaar is onze planeet? van John van Rhijn. Het is een uitstekend boek, maar het klimaat wordt sterk onderbelicht. Hij vindt dat het klimaatprobleem veel te veel aandacht krijgt en vindt het niet grootste probleem van onze tijd.
Dat de verhoging van het CO2 gehalte van de atmosfeer onverwachtse effecten op de biosfeer heeft, blijkt uit een publicatie in Nature vandaag waarin geconcludeerd wordt:

"that elevated CO₂ stimulated N₂O emissions by 18.8%, and that CH₄ emissions from wetlands increased by 13.2% and from rice paddies by as much as 43.4%."

Proposed mechanisms of increased N₂O and CH₄ emissions from soils
© Nature 14 Jul 2011.

 

Het blijkt dat verhoging van CO₂ gehalte van de atmosfeer leidt tot een verhoogde CO₂ opname door planten, met als gevolg verhoogd bodemactiviteit, met als gevolg een hogere methaan CH₄ en stikstofoxide N₂O (lachgas) uitstoot uit de bodem. Methaan en stikstofoxide zijn pas echte broeikasgassen: methaan heeft een 25x zo sterk effect en stikstofoxide is zelfs 300x zo sterk als CO₂. Dit zijn zijn effecten die je niet mag verwaarlozen. Het is positieve feedback in het klimaatsysteeem. Het klimaatprobleem kun je en mag je wetenschappelijk en ecologisch gezien niet verwaarlozen. En het klimaatprobleem heeft weer effect op het wereldvoedselprobleem. etc.

Terugkomend op het boek van Johan van Rhijn: of Al Gore nu in een SUV rijdt of niet, klimaatopwarming is en blijft een reëel probleem dat verweven is met alle ander problemen die van Rhijn in zijn boek noemt (wereldbevolking, economie, voedsel, ecosystemen). Die plantjes en bacteriën weten toch niet of Al Gore in een SUV rijdt?

bron:  

Alexander Knohl & Edzo Veldkamp: Global change: Indirect feedbacks to rising CO2, Nature News and Views 14 Jul 2011.