Ученые открыли новый вид фотосинтеза

Похоже, нам придется смириться с новым представлением об основном механизме фотосинтеза и переписать учебники по биологии. Также, возможно, нам придется пересмотреть подходы к поиску инопланетной жизни и созданию более эффективных сельскохозяйственных культур. Дело в том, что ученые обнаружили новый вид фотосинтеза. Работа на эту тему была опубликована в Science в пятницу, 15 июня. Подавляющее большинство жизни на Земле использует видимый красный свет в процессе фотосинтеза, однако новый тип использует ближний инфракрасный свет. Его нашли у широкого ряда цианобактерий (сине-зеленых водорослей), который растут в ближнем инфракрасном свете, в затененных условиях бактериальных матов в Йеллоустоуне и на каменных пляжах в Австралии.

Как выяснили ученые Имперского колледжа Лондона, это также происходит в шкафу с инфракрасными светодиодами.

Фотосинтез за красным пределом

Обычный, почти универсальный тип фотосинтеза использует зеленый пигмент хлорофилл a, как для сбор света, так и для использования его энергии для производства полезных биохимических веществ и кислорода. Хлорофилл a поглощает свет таким образом, что только энергия красного света может использоваться для фотосинтеза.

Поскольку хлорофилл a присутствует во всех растениях, водорослях и цианобактериях, которые мы знаем, считалось, что энергия красного света устанавливает «красный предел» для фотосинтеза, в отношении минимального количества энергии, необходимой для выполнения сложной химии, которая производит кислород. Красный предел используется в астробиологии — по нему ученые оценивают, могла ли комплексная жизнь развиться на планетах в других солнечных системах.

Однако, когда некоторых цианобактерий выращивали под ближним инфракрасным светом, стандартные системы, содержащие хлорофилл a, отключались и давали пространство для работы другим системам, содержащим другой тип хлорофилла — хлорофилл f.

До нынешнего дня считалось, что хлорофилл f только собирает свет. Новое исследование показало, что в затененных условиях в фотосинтез включается хлорофилл f, использующий низкоэнергетический инфракрасный свет для сложных химических реакций. Это фотосинтез «за красным пределом».

Ведущий автор работы профессор Билл Резерфорд с факультета наук о жизни в Имперском колледже говорит следующее: «Новая форма фотосинтеза заставила нас переосмыслить то, что мы считали стандартом. Также мы пересмотрели ключевые события в сердце обычного фотосинтеза. Придется переписывать учебники».

Предотвращение повреждения светом

Цианобактерия Acaryochloris уже давно известна тем, что осуществляет фотосинтез за красным пределом. Но поскольку это происходит только у одного вида с очень специфической средой обитания, его считали исключением. Acaryochloris живет под зелеными морскими асцидиями и почти не получает света.

Фотосинтез на основе хлорофилла f, о котором сообщили на прошлой неделе, представляет собой широко распространенный третий вид фотосинтеза. Однако он используется только в особых затененных условиях, богатых инфракрасным светом; в обычных условиях освещения используется обычная красная форма фотосинтеза.

Считалось, что световые повреждения будут более серьезными за красным пределом, однако новое исследование показало, что это не проблема для стабильных затененных условий.

Андреа Фантуцци, один из авторов работы, считает, что «обнаружение вида фотосинтеза, который работает за красным пределом, меняет наше понимание энергетических требований к фотосинтезу. Проливает свет на использование энергии света и механизмы, которые защищают системы от световых повреждений».

Такие выводы будут полезными для ученых, которые пытаются создать биоинженерные культуры, которые смогут осуществлять более эффективный фотосинтез, используя более широкий диапазон длин волн света. Узнав, как эти цианобактерии защищают себя от повреждений, вызванных изменениями яркости света, мы сможем воплотить эти механизмы в обычных сельскохозяйственных растениях.

Доктор Деннис Нюрнберг, первый автор и инициатор исследования, сказал следующее: «Я не ожидал, что мой интерес к цианобактериям и их разнообразному образу жизни приведет к серьезным изменениям нашего понимания фотосинтеза. Удивительно, сколько еще всего в природе ожидает своего обнаружения».