Как водоросли эффективно фиксируют углерод: открыты три энергетических контура

Фотосинтез — основа жизни на Земле, но его молекулярные механизмы до конца не изучены. Учёные исследуют этот процесс, чтобы повысить эффективность сельского хозяйства и борьбы с изменением климата.

"Разрыв" в понимании фотосинтеза

С точки зрения молекулярной биологии фотосинтез состоит из двух частей:

  1. Расщепление воды (H2O) с использованием солнечного света для производства энергетических молекул (АТФ, НАДФН).
  2. Фиксация углекислого газа (CO2) в биомассу, которая потребляет химическую энергию.

Проблема в том, что энергия, необходимая для фиксации CO2, отличается от "энергетической валюты", создаваемой при расщеплении воды. Процессы преобразования одной формы энергии в другую оставались загадкой.

Эффективность водорослей

В то время как растения (деревья, трава) используют лишь 0.5–1% энергии солнца, микроскопические водоросли достигают эффективности до 5%. Частично это объясняется наличием у водорослей специальной биохимической системы для концентрирования CO2 внутри фотосинтетического аппарата.

Три энергетических контура

Лаборатория Адриена Бурлако из Carnegie Science, изучая водоросль Chlamydomonas, обнаружила три биохимических энергетических контура, питающих фиксацию углерода. Результаты, опубликованные в The Plant Cell, показали:

  • Все три пути могут поддерживать высокую скорость производства сахаров.
  • Однако их эффективность различается: два пути тратят вдвое больше энергии, чем самый эффективный.
  • Два наиболее эффективных пути отсутствуют у сельскохозяйственных растений.

Перспективы

Исследователи планируют изучить вклад каждого из трёх механизмов и найти связь с аналогичными путями у других фотосинтезирующих организмов. Ключевой вопрос: можно ли объяснить различия в эффективности фотосинтеза между видами используемыми ими энергетическими контурами.

"Мы пытаемся понять биохимические и биофизические этапы захвата CO2 водорослями. Это может позволить нам повысить эффективность важных сельскохозяйственных культур и улучшить технологии улавливания углерода", — заключил Адриен Бурлако.