Eesti Looduse fotov�istlus
2010/10



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Intervjuu EL 2010/10
Inimese arvutused loodusele niipea jrele ei jua

Millega te praegu philiselt tegelete?

Sellesamaga, millega olen philiselt tegelnud viimased nelikmmend aastat. Kunagine teaduste akadeemia president Karl Rebane vitis, et le kmne aasta ei ole teaduses mttekas he asjaga tegelda, tegevus pidi muutuma konnatiigiks. Aga looduse keerukus ja tasemete hulk on nii suur, et tegelikult muidugi jtkub igal alal td igaveseks. Konnatiik vib tekkida siis, kui sul on piiratud metoodika, mis vimaldab vaid kindlat tpi mtmisi teha. Meie trhm on algusest peale ehitanud ise aparaate ja pidevalt laiendanud oma mtmisvimalusi. Nii pole tiigi piiri ette tulnud, konnatiik on laienenud sna suureks jrveks vi mereks ja laieneb ehk edasi.

Kas peamine uurimisteema on fotosnteesi kiirust piiravad tegurid?

Tepoolest, fotosnteesi mistmine. Sattusin selle juurde sna juhuslikult. Alustasin fsikuna Juhan Rossi juures, hakkasime uurima taimkatte bioproduktsiooni ning minu esimeseks lesandeks sai leida seos pikesekiirguse ja taimede fotosnteesi intensiivsuse vahel.Murdepunkt saabus kskord Jgeva sordiaretusjaama maisipllul oli Hrutovi aeg ja maisi kasvatati vga hoolega. Olime mtnud fotosnteesi valgussltuvust ja pidime minema lunale. Tagasi tulles jtkasime. Kuid selgus, et leht oli vahepeal oma omadusi niipalju muutnud, et valgussltuvus oli hoopis teistsugune kui enne lunat. Nd hakkas fsikutele koitma, et bioloogiline objekt ei ole konstantne, vaid pidevalt muutlik. Ei saa lootagi, et kskord midagi ra mtes vid eeldada, et see asi on alati niisugune. Iga pev, iga tund tema omadused muutuvad.
Siit tekkiski vimalus laiendada uuringuid: miks taime fotosntees muutub? mis tegurid seda mravad?

Uurisin taimefsioloogia ppetooli kodulehelt (plantphys.ut.ee/estindex) kodulehelt teie teadust kirjeldust, kuid ei saanud suurt midagi aru.

See kirjeldus on seal vist hirmus vana. Ma ei ole ausalt eldes eriti pannud rhku neile leheklgedele. See on muidugi viga, sest kui sind ei ole internetis, siis sind ei ole olemas. Kas te tahaksite lhemalt kuulda, mis me oleme teada saanud?

Ksiksin isegi ldisemalt. Tavalugeja teab lihtsalt, et fotosntees on ssihappegaasi muutmine suhkruteks valguse jul, ja ega ta rohkem eriti ei teagi. Kas teie teadust ldse on vimalik talle niiviisi selgitada, et ta sellest aru saab ja suudab sellega suhestuda?

Niisugust asja, mida ei ole vimalik selgitada, ei olegi olemas. Kui teadlane ei oska oma tegevust lahti mtestada, siis ei saa ta sellest ise aru. Ksimus on ainult, millist informatsiooni hulka see jutt haarab ja millal vib lugeja ra vsida.Ega fotosntees ole kaugeltki nii lihtne, nagu seda kooliraamatutes kirjeldatakse. Kui keegi vtab vaevaks vaadata valemit CO2 + H2O = CH2O + O2, siis mrkab ta kohe kas vi seda, et valemi vasaku ja parema poole valentsid ei ole tasakaalus. See nitab, et tegu on tugeva lihtsustusega, ja tegelikult on asi tunduvalt keerukam. Aga vga lihtsalt eldes, tepoolest kib asi nnda, et ssihappegaasi taandatakse (redutseeritakse) ehk liidetakse sellele elektrone. Ja kui elektrone liidetakse, siis liituvad ka prootonid. Seega liidetakse sisuliselt vesinikuaatomeid. Sel viisil taandatakse ssihappegaas suhkruks. Kust need liidetavad elektronid tulevad? Veest. Teame, et elektronide ravtmise protsessi nimetatakse tavaliselt oksdeerimiseks, rahvakeeles plemiseks. Nii et vga piltlikult eldes tuleb fotosnteesis vett pletada. Ja nagu me teame, see aine ei taha sugugi pleda. Ometi saab taim sellega hakkama.
tlen kll, et vetakse elektronid ra ja kantakse le. Aga sellekski on vaja sna keerukaid elektronikandjaid, mis ulatavad elektrone ksteisele, tleme, samamoodi kui inimesed ulatavad ksteisele ketis kas vi ehitusel telliskive. Ja ega elektron ei taha otse ssihappegaasile minna. Ssihappegaas on hsti stabiilne aine. Et tema ilusat stabiilset struktuuri rikkuda ja sinna elektrone juurde torkida, selleks lheb vaja sna keerukaid keemilisi reaktsioone.
Vast ei ole mtet rohkem detailidesse minna, kuid vaadakem nd, kuidas hangib taim selle reaktsiooni lhteainet ssihappegaasi. Eks ikka hust. Enamik inimesi praegu muretseb, et hku koguneb ssihappegaasi liiga palju ja see on meile kahjulik, sest phjustab kliima soojenemist. Ent keemilisest vaatepunktist on ssihappegaasi kontsentratsioon hus vga-vga vike, tuhandeid kordi viksem kui neil ainetel, mis osalevad rakkudes tavalistes biokeemilistes reaktsioonides. Pealegi ei oska taim ssihappegaasi hust aktiivselt kokku koguda: ainus viis, kuidas see taimerakku juab, on difusioon, molekulide juhuslik soojusliikumine.
Et ssihappegaas sisse pseks, peab taimeleht hoidma lahti oma hulhed. Ent elu on enamiku ajast kujunenud vees, n.-. mrjas keskkonnas, seetttu sisaldavad rakud vga palju vett. Kui anda ssihappegaasile vimalus rakku sisse difundeeruda, siis difundeerub sealt paratamatult kohe vesi vlja ka. Seega taimed transpireerivad, lasevad veeauru vlja selleks, et ssihappegaas pseks sisse. Kusjuures iga ssihappegaasimolekuli eest tuleb piltlikult eldes maksta umbes 200400 veeaurumolekuliga. See ongi phjus, miks taimed saavad kasvada ainult siis, kui on vett.
Nii et vee liikumise peaeesmrk taimes ei olegi kanda toitaineid mullast rakkudesse?
Oi ei, mitte ainult. Selleks lheb vett vga vhe vaja. Paljud taimed kasvavad ju tiesti vee all, kus neist vett vlja ei auru. Ometi saavad nad juurte kaudu piisavalt mineraalaineid.
Mul tekib kohe ksimus, et hingates ju taimed eritavad ise ssihappegaasi. Kas poleks odavam seda taaskasutusse vtta, selle asemel et jda lootma ksikutele hus leiduvatele ssihappegaasimolekulidele.
Seda taimed teevadki. Pevasel ajal hingates eraldunud ssihappegaasist ptakse kuni kolmandik tagasi. ine lheb paraku raisku, sest siis pike ei paista ja ssihappegaasi ei kasutata. Hda on aga selles, et hingamine on vhemalt kmme kuni kakskmmend korda aeglasem, nrgem protsess kui fotosntees. Hingamisel eralduv ssihappegaas on vaid vike osa sellest, mida vajab fotosntees. Seega tuleb hulhed ikkagi lahti hoida ja ssihappegaasi juurde koguda. Nendesamade hulhede kaudu aga lheb ka suur osa hingamisel eraldunud ssihappegaasi kaotsi. Kui ssihappegaas vljub mitokondrist organellist, kus toimub hingamine , siis on juhuse tahe, kas see difundeerub kloroplasti fotosnteesi lhteaineks, vi kaob vlishku.
Niisiis ldistatult viks elda, et taimede kasvu piirab see, kui palju neil nnestub hankida ssihappegaasi?
See on ks vga oluline kasvu piiraja, eriti veepuuduse, niteks pua puhul. Aga see pole ainuke. Kasvuks on vaja ka teisi aineid peale ssihappegaasi; niteks lmmastikku, millest saaks teha valkusid. Nagu iga elusorganism sisaldab ka taim vga thtsa komponendina valkainet. Ssihappegaasi lisades vib fotosntees kiireneda kll ja kiiremini vivad kasvada niteks puutved, mis valku peaaegu ldse ei sisalda. Aga n.-. roheline mass ei saa minna suuremaks, juhul kui lmmastiku hulk on piiratud. Nii et paraku ei saa loota, et ssihappegaasi hulga kasvades taimkate aktiveerub ja maakera kattub rohelusega.
Teie teadust olulise rakendusliku vljundina on siiski mrgitud, et see vib aidata tekitada kiiremini kasvavaid taimi. Kas selle koha pealt paistab valgust?
Kui alustasin, 1961. aastal, siis tepoolest itses see teaduse osa, mis pdis taimkatte produktiivsust suurendada. Aga mida rohkem ma fotosnteesist olen aru saanud, seda rohkem jb vaid imestada, kui otstarbekalt loodus selle ssteemi on kokku pannud nendest n.-. ehituskividest, neist molekulidest, mis tal keprast on. Sellest ideest, et taimede fotosnteesi kas vi natukenegi kiirendada, ei ole muidugi loobutud. Eks natuke on suudetud kah, kas vi selektsiooni teel.
Aga peamiselt valitseb fotosnteesi rakendustele prgides maailmas praegu kolm suunda. Kigile neile on iseloomulik see, et ptakse kasutusse vtta neid fotosnteesi omadusi, mille poolest ta on unikaalne fotoelementide ja teiste tehniliste vahendite ees. lipilased ksivad mu kest ikka, et kas tehislik fotosntees vib olla vimalik. Vastan, et see on imelihtne. Vtke pikesepaneel ja pistke traadiotsad vette. Vee molekulid hakkavad elektri mjul lagunema, toimub vee elektrols. he traadi juures hakkab eralduma hapnik ja teise juures vesinik, Sisuliselt on see sama mis fotosntees ainult, et fotosnteesis ptakse see vesinik kinni ja pannakse ssihappegaasi klge.
Nd teaduses ongi ks suund selline, et ptakse fotosnteesist see vesinik puhtal kujul ktte saada. Fotosnteesi hda on ju see, et lppsaaduseks on tahke aine, peamiselt tselluloos, mis kll pleb, aga mida ei saa automootorisse panna, ktusepaaki kallata jne. Palju parem oleks, kui saaks tekkinud vesiniku taimest enne ktte kui see ssihappegaasiga suhkruks kokku seotakse. Ma ei kujuta kll ette, kuidas seda vesinikku pldudelt kokku koguma hakatakse, aga ometi nende uuringute eest makstakse ja teadlased ttavad. Veidi on tepoolest juba ka nnestunud vetikatelt seda vesinikku ktte saada, mitte aga lehttaimedelt.
Teine suund on valmistada plevaid vedelikke fotosnteesi lppsaadusest tselluloosist. Siingi ei ole jutud eriti kaugemale kui see pris vana moodus: piirituseks kritamine. Vahe on ehk selles, et praegu osatakse kritada juba peaaegu et tselluloosi ennast, mitte ainult suhkrut. Aga tselluloosi otse vedelikuks teha veel ei osata.
Kolmas suund on seotud vee lagundamise endaga. See on ks imeline protsess: sisuliselt kll seesama, kui pistame pikesepaneeli traadiotsad vette, kuid ttab tunduvalt suurema kasuteguriga. Sest pikesepaneeli traatide juures ei ole katalsaatoreid ning alguses tekivad hapniku ksikmolekulid, mis on vga suure energiaga seisund. Aga fotosnteesi imeline masinavrk vabastab kahest vee (H2O) molekulist otsekohe O2. Pealegi ttab see osa fotosnteesist (nn. fotossteem II) imekiiresti, umbes kakskmmend korda kiiremini, kui see osa, mis pab ssihappegaasi ja teeb sellest suhkrut (nn. fotossteem I).
Fotossteemi I puhul on veel see hda, et see toimib sna thusalt mdukas valguses, aga tugeva pikese kes n.-. kllastub: suurem osa valgust lheb siis lihtsalt raisku, taim ei suuda seda ra kasutada, sest ssihappegaasi ei jtku. Seevastu fotossteem II ttab tiesti proportsionaalselt pikesevalguse hulgaga: annate kaks korda valgust juurde, tuleb kaks korda rohkem hapnikku ja vesinikku. Annate kmme korda rohkem valgust, tuleb saadusi kmme korda rohkem.
Kui vaid nnestuks see fotossteem II taimest elusalt isoleerida vi siis kunstlikult ehitada ja tle panna ning tekkiv vesinik ka kokku koguda, vaat see oleks juba saavutus!
Aga ldiselt on kogu probleem ikkagi selles, et need ssteemid on kik valgulised ja keerukad ja toimivad ksnes elavas organismis, tehislikult neid keegi veel praegu luua ei suuda.
Nii et fotosnteesi ei ole veel lpuni mistetud ja paberile vi skeemidesse joonistatud?
Maailmas ei ole miskit lpuni mistetud. Elusainet ei saagi lpuni skeemidesse joonistada, sest siis me peaksime tagatipuks ka omaenese aju skeemidesse joonistama, aga sellest tekib ringprotsess. Iseenese tunnetamine ei ole phimtteliselt vimalik. Sest mida sgavamalt sa ennast tunnetad, seda keerukamaks sa ise paratamatult muutud nii jdki tsklisse. Phimtteliselt ei saa elusorganism iseennast lpuni tunnetada.
Looduslikku olukorda on raske mista seetttu, et kik varieerub pidevalt. Kui keskkond psiks aina samasugune, siis viksime sordiaretuse vi mingi molekulaarbioloogilise vttega fotosnteesi optimeerida. Aga looduslike alatasa muutuvate keskkonnaolude tarbeks on looduslik valik tegelikult juba sna optimaalse lahenduse vlja kujundanud inimene oma arvutustega talle niipea jrele ei jua.
Fotosntees peab ilmselt olema rmiselt unikaalne ja keeruline protsess, sest see on looduses tekkinud arvatavasti ainult ks kord ja siis endosmbioosiga eri rhmadesse laiali kandunud. Ning niteks loomariiki ei ole see siiamaani vist judnud.
Ma ei rhutaks tema bioloogilist ainulaadsust. Keerukaid bioloogilisi protsesse on palju ja mitmesuguseid. ks asi on testi ainulaadne, vrreldes kigi muude ainevahetusprotsessidega: fotosnteesi kiirus, tema intensiivsus. Lhikese ajaga toimuvad suhteliselt vikeses organismi osas energeetiliselt vga suure kiirusega protsessid.
Kas fotosntees viks olla maailma energiaprobleemi lahendus?
Senini igatahes on olnud. Kik, mida me pletame, on kunagi fotosnteesi teel tekkinud. Samuti muld, millel taimed kasvavad. Tsi, tuumaenergia ei ole, samuti hdro- ja tuuleenergia, mis kll on oma olemuselt samuti pikeseenergia vormid: pike tstab hu vi vee les, see kukub alla tagasi.
Aga kas me saame kima panna nii kiire ja ulatusliku fotosnteesi, et see kataks inimkonna praeguse vga kiire elutegevuse energiakulu? Ei oska elda, ei ole arvutanud. Vib-olla isegi kataks, kuid takistuseks vib saada magevee puudus. Erinevalt tehislikest pikesepaneelidest nuab fotosntees vett ja paljud maakera piirkonnad on seetttu sobimatud. Eelis tehisvahendite ees on jllegi see, et fotosnteesi tegijaid pole vaja tehases toota, need paljundavad ennast ise.
Teadust krval tegutsete ka ppejuna ning olete tuntud kriitilise eksamineerijana. Enamik inimesi pab fsikast ja matemaatikast oma elus ldse mda hiilida, vi kui see ei nnestu, siis kiruvad, et hirmus keeruline on. Bioloogialipilastele nib fsika olevat ks raskemaid aineid. Kuidas seda seletada?
Minu meelest on fsika mistmises ja petamises toimunud tohutu taandareng nii Eestimaal kui ka maailmas ldse, midagi on vga mda. Probleem algab sellest, et fsikud peavad ennast keerulisteks matemaatikateadlasteks. Fsika ei ole matemaatika. Fsika on loodusteadus. Nii nagu bioloogia. Kui keegi tleb, et fsika on matemaatiline teadus, et fsika on valemite teadus, siis see on jama. Valem on viimane asi, mida fsikas vaja on. Seda on vaja, aga see on viimane asi, mida on vaja.
Fsikat on vaja mista nii nagu igat teist loodusteadust. Kui mni fsikanhtus on sedavrd lihtne, rhutan, sedavrd lihtne ja tiuslikult uuritud, et seda saab matemaatiliste valemitega kirjeldada, siis see on testi ks mugav vimalus. Aga valem pole ainuke fsika kirjaviis. Snad on alati olemas. Ainult et snad on pikemad. Ja snadega ei saa edasi anda kvantitatiivset ehk arvulist seost. Ent arvuline seos ei ole alati kige thtsam. Kige thtsam on sisuline seos. Sisulist seost saab alati snadega edasi anda.
Tahan, et lipilased mistaksid fsikas sisulisi seoseid: mis, miks ja millega seotud on ja kuidas. Niteks Ohmi seadus, mis vljendub valemina I = U/R. Miks see ikkagi nnda on? Lihtne: mida suurem rhk mingit voolavat ainet tagant surub, seda kiiremini see voolab. Ja mida suurem takistus ette jb, seda aeglasemalt see voolab. See pole nnda ainult elektri puhul, mustmiljon asja maailmas on samasuguses seoses, seesama valem kirjutatakse lihtsalt teiste thtedega.
See, kes arvab, et fsika on valemite puru, ei saa fsikast leldse aru. Fsikat tuleb mista, mitte phe ppida. Aga vhe on hid petajaid, see on ks kige suurem nnetus.
Niteks bioloogia on tuhat korda keerulisem kui fsika. Tegelikult sageli taandub probleem sellele, et ptakse petada liiga keerulisi asju, teaduse viimaseid saavutusi, unustades aga ra, et pilased ei ole lihtsatest asjadest veel aru saanud. Thtis on, et lipilane vi pilane saaks kigepealt aru lihtsast asjast, et see oleks tal peas ja meeles nagu jalgrattasit vi ujumisoskus. Siis saab selle peale midagi uut ja keerukamat ehitada. Ilma selleta on kogu petus ehitatud kui loss liivale.
FOTO:
Rahvusvahelise tunnustuse plvinud riistapuu. Selle ainulaadsus seisneb vimaluses mta korraga vga palju fotosnteesi parameetreid intaktses ehk terves taimelehes, samuti automatiseerituse tasemes. Mtekamber asub vasakpoolse taimelehe juurde suunduva jmeda valguskaabli otsas. Kambrisse siseneva ja sealt vljuva gaasi ja valguse koostist suudab masin litpselt reguleerida ning mta. Katsealune on pevalilletaim.
CV
Kuna korteris elasid gmnasistid, sattus kolmandas klassis ppiva Agu Laisa (snd. 1938) ktte juhuslikult keskkooli fsikapik. See oli vga pnev. Koos vanaisaga ehitas ta selle jrgi oma esimese masina: elektrimasina, kus kettad prlesid ning lendas sdemeid. Keskkoolis meisterdas ta juba magnetofoni, treides sellele ise vllid ja rattadki.
Lpetanud 1961. aastal Tartu likooli fsikuna, asus ta Juhan Rossi trhmas Eesti TA fsika ja astronoomia instituudis uurima pikesekiirguse mju fotosnteesile. 1965. aastal kaitses ta Tartu likoolis kandidaadit ning 1975. aastal Moskvas NSVL TA taimefsioloogia instituudi juures doktorivitekirja. 1994. aastal valiti ta Eesti teaduste akadeemia liikmeks. 19922002 tegutses Tartu likooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi professori ning taimefsioloogia ppetooli juhatajana, prast seda Eesti teaduste akadeemia uurijana-professorina sama ppetooli juures.
Agu Laisk on avaldanud le saja teadusartikli ning kolm monograafiat, osaleb kahe fotosnteesiteemalise teadusajakirja toimetamises. Laisa trhma eripra maailmas on asjaolu, et fotosnteesi omadusi uuritakse intaktses (terves) taimelehes, mtes selle gaasivahetust ja optilisi omadusi (lehe vrvuse vga vikeste muutuste jrgi hinnatakse elektronide asukohta ja liikumist fotosnteesi reaktsioonides). Selleks kasutatavat aparatuuri tiustab trhm pidevalt, tnavu augustis plviti selle eest rahvusvahelise fotosnteesiuurijate hingu innovatsioonipreemia (kuula selle kohta nt. vikerraadio.err.ee/helid?main_id=19510). sja, 11.14. oktoobril vrustas Laisk Tartu likoolis 10. Phjamaade fotosnteesiuurijate kongressi (npc10.ebc.ee).
Loe veel: Raid, Juku-Kalle; Maidla, Margus 2007. Akadeemik Agu Laisk mees bioloogia, saksofoni ja vrkpalliga. Akadeemiline Keskus 10 (www.kes-kus.ee).



Biofsik Agu Laisaga vestelnud Juhan Javoi
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012