Водоросли в космосе: изучение растений в экстремальных условиях

Ученые отправили в космос водоросли, в том числе генетически модифицированные, чтобы изучить влияние космического пространства на фотосинтез и рост растений. Исследование, частично финансируемое Европейским космическим агентством, направлено на поиск новых способов производства пищи и биотоплива в экстремальных условиях.

Эксперимент в космосе

  • Автар Матту (Служба сельскохозяйственных исследований США) и международная команда поместили образцы водоросли Chlamydomonas reinhardtii (модельного организма для изучения фотосинтеза) в герметичные фотоячейки.
  • Капсула «Союз» доставила образцы на орбиту с космодрома Байконур (Казахстан).
  • Водоросли провели 15 дней на низкой околоземной орбите, подвергаясь воздействию космической радиации при земных условиях света и температуры.
  • Помимо контрольной группы, в космос отправили четыре мутантных штамма C. reinhardtii с изменениями в ключевом гене, кодирующем белок D1.
  • Параллельно идентичные образцы культивировались в лаборатории на Земле для сравнения.

Научная основа

В процессе фотосинтеза белково-пигментный комплекс Photosystem II (PS II) постоянно повреждается солнечным светом и ультрафиолетовым излучением. Ключевую роль в его ремонте играет белок D1, который непрерывно заменяется. Мутации в гене белка D1 могут как увеличивать, так и уменьшать фотосинтетическую активность.

Целью исследования была оценка влияния микрогравитации, космических лучей, высокоэнергетических частиц и ионизирующего излучения на комплекс PS II, фотосинтез и рост. Ученые также хотели проверить, как изменятся эти эффекты у водорослей с целенаправленно измененным геном D1.

Результаты

  • Космическая среда подавила способность к фотосинтезу и росту у контрольного штамма и двух из четырех мутантных штаммов — как в космосе, так и после возвращения на Землю.
  • Два других мутантных штамма, напротив, процветали как в космосе, так и на Земле.
  • Результаты, опубликованные в PLOS One в мае 2013 года, подчеркивают критическую роль белка D1 не только в фотосинтезе, но и как мишени для сигналов окружающей среды.

Перспективы

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на создании мутантов C. reinhardtii по гену D1 с повышенной стабильностью и увеличенной способностью к фотосинтезу и росту в экстремальных условиях. Эта работа считается жизненно важной для удовлетворения будущих потребностей в урожайности сельскохозяйственных культур и производстве биотоплива.