Феноменальный фитопланктон: учёные раскрыли клеточный процесс, стоящий за производством кислорода
Согласно новому исследованию, количество кислорода в одном из каждых десяти наших вдохов стало возможным благодаря новооткрытому клеточному механизму, усиливающему фотосинтез у морского фитопланктона.
Исследователи из Океанографического института Скриппса (Калифорнийский университет в Сан-Диего) описывают этот ранее неизвестный процесс как «прорывной». На его долю приходится от 7% до 25% всего производимого в океане кислорода и фиксированного углерода. С учётом фотосинтеза на суше, этот механизм может быть ответственен за генерацию до 12% всего кислорода на планете.
Новое исследование, опубликованное в Current Biology, определяет, как протонная помпа (фермент VHA) способствует глобальному производству кислорода и фиксации углерода фитопланктоном.
«Это исследование представляет собой прорыв в нашем понимании морского фитопланктона», — сказал ведущий автор Даниэль Йи.
Понимание фермента «протонной помпы»
Фермент VHA обнаружен почти во всех формах жизни. Его базовая роль — изменять уровень pH окружающей среды.
В новом исследовании Йи задался вопросом, как фермент VHA используется в фитопланктоне, в частности, в диатомовых водорослях — одноклеточных водорослях с кремниевыми клеточными стенками.
С помощью флуоресцентной метки и высокотехнологичной микроскопии учёные смогли точно локализовать протонную помпу вокруг хлоропластов диатомей. Они обнаружили, что этот белок усиливает фотосинтез, поставляя больше углекислого газа, который хлоропласт использует для производства сложных углеродных молекул (сахаров), одновременно выделяя больше кислорода в качестве побочного продукта.
Связь с эволюцией
Авторы связывают этот механизм с ключевым эволюционным событием — симбиогенезом, произошедшим около 250 миллионов лет назад, когда простейшее поглотило водоросль, но не переварило её полностью.
«Кислотность, создаваемая протонной помпой хищника, в итоге стала усиливать фотосинтез поглощённой жертвы», — пояснил соавтор Мартин Тресгерес. — Со временем эти два отдельных организма слились в один, который мы теперь называем диатомовой водорослью».
Не все водоросли имеют этот механизм, поэтому авторы полагают, что он дал диатомовым преимущество в фотосинтезе. Они также отмечают, что появление диатомей 250 млн лет назад совпало с резким увеличением кислорода в атмосфере, и вновь открытый механизм мог сыграть в этом роль.
Исследователи надеются, что их работа может вдохновить биотехнологические подходы к улучшению фотосинтеза, секвестрации углерода и производства биодизеля, а также поможет лучше понять глобальные биогеохимические циклы и влияние изменений климата.