Оптимальная упаковка: как хлоропласты в растительных клетках максимизируют использование света, позволяя безопасную перестройку
Биофизики из Амстердамского университета и Университета Эмори исследовали, как хлоропласты в клетках водного растения Elodea densa решают сложную задачу оптимальной упаковки, значение которой меняется со временем. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Когда значение "оптимального" меняется
Дискообразные хлоропласты в прямоугольных клетках Elodea densa должны решать две противоположные задачи:
- Плотно упаковываться для максимального поглощения света при фотосинтезе.
- Иметь свободу для перестройки, чтобы избежать повреждений при слишком высоком уровне освещённости.
Используя компьютерное моделирование и теоретические расчёты, исследователи обнаружили, что обе цели достигаются только при определённых пропорциях прямоугольной клетки.
Решение природы
- Если клетка слишком плоская и квадратная, хлоропласты хорошо упаковываются у светопропускающей стороны, но плохо — у боковых стенок.
- Если клетка слишком вытянутая, возникает обратная ситуация.
- Оптимальная геометрия находится в "золотой середине" между этими крайностями.
Природная форма клеток Elodea densa очень хорошо соответствует предсказанным оптимальным пропорциям.
Кроме того, хлоропласты упакованы не с абсолютной максимальной плотностью. Они оставляют достаточно места для медленных перестроек, что сравнимо с поведением молекул в стёклах.
Эволюционное решение — удачный выбор формы клетки и плотности упаковки — позволяет клеткам оптимально адаптироваться между состоянием сбора света и состоянием избегания сильного света.