Цианобактерии из горячих источников используют дальний красный свет для фотосинтеза

Исследователи под руководством учёного из Университета штата Пенсильвания обнаружили, что бактерии, растущие в условиях почти полной темноты, используют ранее неизвестный процесс для улавливания энергии солнечного света и производства кислорода. Открытие закладывает основу для дальнейших исследований, направленных на улучшение роста растений, получение энергии от Солнца и понимание плотных цветений воды, подобных тем, что сейчас происходят в озере Эри и других водоёмах мира. Статья с описанием открытия будет опубликована в онлайн-издании Science Express журнала Science 21 августа 2014 года.

Учёные показали, что некоторые цианобактерии (сине-зелёные водоросли) могут расти в дальнем красном свете с длиной волны более 700 нм, который плохо виден большинству людей и который не могут «видеть» большинство цианобактерий. Обнаружена новая подгруппа, способная поглощать и использовать этот свет.

Ключевые открытия:

• Изученный штамм Leptolyngbya полностью меняет свой фотосинтетический аппарат для использования дальнего красного света.
• Цианобактерии заменяют семнадцать белков в трёх основных светопоглощающих комплексах, одновременно создавая новые хлорофилловые пигменты для улавливания дальнего красного света и по-новому используя пигменты билины.
• Организм быстро включает большое количество генов для модификации клеточного метаболизма и одновременно выключает множество других генов. Этот процесс назван Far-Red Light Photoacclimation (FaRLiP).
• В результате клетки, выращенные в дальнем красном свете, производят на 40% больше кислорода в тех же условиях, чем клетки, выращенные в красном свете.
• Анализ геномов выявил 13 дополнительных штаммов цианобактерий, которые также, по-видимому, способны к фотосинтезу в дальнем красном свете.

Источник и значение:

Штамм Leptolyngbya был собран в горячем источнике ЛаДьюк (Монтана, США). Он обитал на нижней стороне 2-миллиметрового бактериального мата, настолько плотного, что до дна проникает только дальний красный свет. Понимание такого фотосинтеза также важно для изучения поверхностных корок в пустынях и других почвах, покрывающих большую часть поверхности Земли, чтобы оценить глобальный вклад фотосинтеза в производство кислорода, фиксацию углерода и другие геохимические процессы.

Перспективы и предостережения:

Исследование поднимает вопрос о возможности придания растениям способности использовать дальний красный свет. Однако учёные подчёркивают, что сначала необходимо провести много фундаментальных исследований. Простое введение нового пигмента в растение без правильных белковых структур для его связывания может быть неэффективным или даже вредным. Работа открыла множество новых научных вопросов, требующих изучения, прежде чем можно будет рассматривать возможные приложения.