Tämä äärimmäinen tulivuorilevä paljastaa fotosynteesin salaisuudet 🌋

Phlegrealaisten kentillä, Italiassa sijaitsevassa tuliperäisessä alueessa, mikroskooppinen levä nimeltä Cyanidioschyzon merolae kehittyy äärimmäisissä olosuhteissa. Michiganin osavaltion yliopiston tutkijat tutkivat sen ainutlaatuista hiilen keskittymismekanismia, löytö, joka voisi mullistaa ymmärryksemme fotosynteesistä.


Tämä levä, C. merolae, menestyy happamissa kuumissa lähteissä, jotka ovat vihamielinen ympäristö useimmille elämänmuodoille. Tutkijat selvittävät, miten tämä organismi suorittaa fotosynteesiä tällaisissa olosuhteissa, tarjoten ennennäkemättömiä näkökulmia tähän elämän lähteeseen.

Tutkimusryhmää johtaa Berkley Walker, ja he ovat julkaisseet löytönsä Plant Physiology -lehdessä. He ovat kehittäneet matemaattisen mallin simuloidakseen C. merolaen hiilen keskittymismekanismia, arvokasta työkalua tulevia tutkimuksia varten.

Anne Steensma, tutkimuksen pääkirjoittaja, selittää, että C. merolae:lla on yksinkertaistettu versio hiilen keskittymismekanismista. Tämä yksinkertaisuus mahdollistaa tutkijoiden tunnistaa prosessille olennaiset elementit.

Yhteistyö yliopiston tilastotieteen ja todennäköisyysosaston kanssa oli ratkaisevaa. Yhdessä he hienosäätivät mallia niin, että se heijastaa parhaiten levän todellista käyttäytymistä, avaten tietä virtuaalisille kokeille.

Tämä malli mahdollistaa tutkijoiden testata erilaisia olosuhteita C. merolae:lla, kuten tiettyjen osien poistamista sen hiilen keskittymismekanismista. Nämä virtuaaliset kokeet auttavat ymmärtämään, mitkä elementit ovat välttämättömiä fotosynteesille.


Berkley Walker aikoo hyödyntää näitä tietoja parantaakseen fotosynteesiä muissa organismeissa. Tämä tutkimus voisi vaikuttaa merkittävästi kestävään maatalouteen, lisäämällä valon muuntamisen tehokkuutta energiaksi.

Mikä on hiilen keskittymismekanismi?

Hiilen keskittymismekanismi (CCM) on biologinen prosessi, jota jotkut fotosynteettiset organismit käyttävät parantaakseen fotosynteesin tehokkuutta. Se toimii keskittymällä hiilidioksidi ympärilleen Rubisco-entsyymin, joka katalysoi hiilen kiinnityksen ensimmäistä vaihetta.

Normaalissa olosuhteissa Rubisco voi kiinnittää happea hiilidioksidin sijaan, mikä on tehoton prosessi, jota kutsutaan fotohengitykseksi. CCM minimoi tämän häviön lisäämällä hiilidioksidin pitoisuutta Rubisco:n ympärillä, parantaen näin fotosynteesin tehokkuutta.

Maapallon kasvit ovat kehittäneet monimutkaisia rakenteita CCM:lleen. Levät kuten C. merolae käyttävät yksinkertaisempia mekanismeja, tarjoten ainutlaatuisen näkökulman fotosynteesin evoluutioon. C. merolaen tutkiminen mahdollistaa tutkijoiden ymmärtää CCM:n olennaiset elementit.

Miksi tutkia äärimmäisiä olosuhteita sietäviä organismeja?

Äärimmäisiä olosuhteita sietävät organismit, kuten C. merolae, elävät ympäristöissä, joita pidetään vihamielisinä useimmille elämänmuodoille. Nämä organismit ovat kehittäneet ainutlaatuisia sopeutumia selvitäkseen korkeista lämpötiloista, äärimmäisistä pH-arvoista tai korkeista raskasmetallipitoisuuksista.

Näiden organismien tutkiminen tarjoaa arvokkaita tietoja elämän rajoista ja biologisista mekanismeista, jotka mahdollistavat selviytymisen äärimmäisissä olosuhteissa. Näitä tietoja voidaan soveltaa eri aloilla, bioteknologiasta astrobiologiaan.

Esimerkiksi ymmärtäminen siitä, miten C. merolae suorittaa fotosynteesiä happamissa kuumissa lähteissä, voisi inspiroida menetelmiä parantaa viljelykasvien kestävyyttä ympäristöstressille, kuten kuivuudelle tai suolapitoisuudelle.

Lisäksi äärimmäisiä olosuhteita sietävien organismien tuottamat entsyymit ja muut molekyylit ovat teollisia sovelluksia, kuten biopolttoaineiden tuotannossa tai myrkyllisten jätteiden käsittelyssä. Nämä organismit ovat siis arvokas resurssi tieteelliselle ja teknologiselle tutkimukselle.