Водоросли «видят» широкий спектр света

Водные водоросли способны воспринимать неожиданно широкий спектр цветов, что позволяет им чувствовать и адаптироваться к меняющимся световым условиям в озерах и океанах. Исследование ученых из Калифорнийского университета в Дэвисе было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Фитохромы — это «глаза» растения, позволяющие ему обнаруживать изменения цвета, интенсивности и качества света, чтобы растение могло реагировать и адаптироваться. «Они контролируют все аспекты жизни растения», — сказал профессор Кларк Лагариас, старший автор исследования. Обычно фитохромы регулируют около 20% генов растения. Фитохромы используют билиновые пигменты, структурно родственные хлорофиллу — молекуле, которую растения используют для улавливания света и превращения углекислого газа и воды в пищу.

Лаборатория Лагариаса изучает эти фитохромы. Фитохромы наземных растений реагируют на красный свет — растения поглощают красный и отражают зеленый свет, поэтому они выглядят зелеными. Красный свет плохо проникает в воду, и у некоторых морских и прибрежных водорослей нет генов фитохрома. Но у других они есть, поэтому Лагариас и коллеги изучили свойства фитохромов у различных водорослей. Они обнаружили, что фитохромы водорослей, в отличие от наземных растений, способны воспринимать свет во всем видимом спектре — синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный и дальний красный.

Такое широкое спектральное покрытие, вероятно, помогает водорослям использовать любой доступный свет в океане — будь то адаптация своей светособирающей химии к меняющимся условиям или подъем и опускание в толще воды при изменении уровня освещенности у поверхности. Поскольку разные цвета света проникают на разную глубину в воде, водоросли сталкиваются с проблемами в улавливании света, которых нет у наземных растений. Эта работа показывает один из способов, как водоросли справляются с этой задачей.

Фитохромы имеют долгую эволюционную историю и, вероятно, возникли из взаимодействия между кислородом и билинами — пигментными молекулами, тесно связанными с хлорофиллом и гемом (пигментом, переносящим кислород в гемоглобине). Предковая форма, по-видимому, была чувствительна к красному свету, подобно фитохромам современных наземных растений. Но между моментом возникновения и сегодняшним днем фитохромы прошли через этап огромного разнообразия, когда они могли обнаруживать гораздо более широкий диапазон длин волн.

«Это молекула, которая побывала там и обратно», — сказал Лагариас.

Эти открытия помогают исследователям лучше понять роль света и реакции на свет в формировании экологии, а также служат моделью того, как живые клетки реагируют на свет. Они также могут помочь в селекции водных культур, которые могли бы использовать различные световые условия.