Обнаружен механизм адаптации водорослей к изменению климата
Один из ключевых элементов океанической жизни — микроводоросли — может адаптироваться к последствиям изменения климата. Это открытие международной группы учёных под руководством профессора Томаса Мока из Университета Восточной Англии (UEA) может найти применение в биотехнологиях для смягчения негативных эффектов, таких как потепление океана и снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, показало, что эукариотический фитопланктон (микроводоросли), широко распространённый в океане, нашёл способ справляться с дефицитом питательных веществ, который, как прогнозируется, усилится из-за потепления вод. Это хорошая новость для пищевой цепи, поскольку микроводоросли являются основой крупнейшей пищевой сети на Земле (включая криль, рыбу, пингвинов и китов), а также поглощают CO2 из атмосферы и производят кислород.
Ключевая проблема и открытие
Для производства пищи и поглощения CO2 водорослям нужен солнечный свет. Однако клеточный механизм использования солнечного света требует много железа. При этом 35% поверхности океана испытывает дефицит железа. Глобальное потепление усугубляет проблему: чем теплее поверхностные воды, тем меньше в них питательных веществ из-за снижения вертикального перемешивания с более глубокими, богатыми слоями.
Учёные обнаружили, что некоторые группы микроводорослей эволюционировали дополнительный клеточный механизм, позволяющий им использовать солнечный свет для роста без необходимости в железе. Они обходят классический фотосинтез, используя светозависимую протонную помпу для получения энергии.
Механизм работы
Вместо того чтобы полагаться на фотосинтетические белки, требующие железа (для генерации ATP — энергетической валюты клеток), водоросли используют светочувствительный мембранный белок, родственный родопсину в человеческом глазу. Эти белки не требуют железа. Одна их специфическая группа перекачивает протоны через мембраны, что позволяет синтезировать ATP — одну из главных функций фотосинтеза.
Доктор Шицян Гао клонировал эти диатомовые родопсины и с помощью электрофизиологических методов подтвердил их эффективную работу в качестве протонных насосов даже при низких температурах.
Значение и перспективы
Этот простой механизм объясняет, почему водоросли могут процветать в бедных питательными веществами поверхностных водах океана и, вероятно, будут лучше справляться с глобальным потеплением.
Открытие имеет важные перспективы:
- Для сельского хозяйства: потенциально может быть использовано для повышения продуктивности культур, которым также необходимо железо для роста.
- Для биотехнологий: механизм можно внедрить в микробы, не использующие свет (например, дрожжи), чтобы они могли использовать свет для роста. Это желательно при производстве инсулина, антибиотиков, ферментов, противовирусных препаратов и даже биотоплива.
Исследование особенно актуально для Южного океана — крупнейшей экосистемы с дефицитом железа и одновременно одной из самых продуктивных, поддерживающей огромные популяции потребителей водорослей.