Согласно новому исследованию, количество кислорода в одном из этих 10 вдохов стало возможным благодаря недавно выявленному клеточному механизму, который способствует фотосинтезу в морском фитопланктоне. Исследование было опубликованное в журнале Current Biology.
Этот ранее неизвестный процесс, названный группой исследователей из Океанографического института Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего «новаторским», составляет от 7% до 25% всего производимого кислорода и фиксируемого в океане углерода. Рассматривая также фотосинтез, происходящий на суше, исследователи подсчитали, что этот механизм может быть ответственным за производство до 12% кислорода на всей планете.
Ученые давно осознали значение фитопланктона — микроскопических организмов, дрейфующих в водной среде, — благодаря их способности к фотосинтезу. Эти крошечные океанические водоросли составляют основу водной пищевой сети и, по оценкам, производят около 50% кислорода на Земле.
Новое исследование определяет, как фермент, перекачивающий протоны (известный как VHA), помогает в глобальном производстве кислорода и фиксации углерода фитопланктоном.
«Это исследование представляет собой прорыв в нашем понимании морского фитопланктона. За миллионы лет эволюции эти маленькие клетки в океане проводят мельчайшие химические реакции, в частности, для создания этого механизма, усиливающего фотосинтез, который сформировал траекторию жизни на этой планете», — сказал ведущий автор исследования Дэниел Йи.
Йи в контакте с другими учеными разгадал сложную внутреннюю работу определенной группы фитопланктона, известной как диатомовые водоросли, известные как одноклеточные водоросли. для их декоративных клеточных стенок из кремнезема.
Предыдущие исследования в лаборатории Tresguerres были направлены на то, чтобы определить, как VHA используется различными организмами в процессах, имеющих решающее значение для жизни в океанах. Этот фермент встречается почти во всех формах жизни, от человека до одноклеточных водорослей, и его основная роль заключается в изменении уровня pH окружающей среды.
«Мы представляем белки в виде блоков Lego», — объяснил Тресгеррес, соавтор исследования. «Белки всегда делают одно и то же, но в зависимости от того, с какими другими белками они сочетаются, они могут выполнять совершенно разные функции».
У людей фермент помогает почкам регулировать функции крови и мочи. Гигантские моллюски используют фермент для растворения коралловых рифов, где они выделяют кислоту, которая проделывает отверстия в рифе, чтобы укрыться.
Кораллы используют этот фермент для стимулирования фотосинтеза своих симбиотических водорослей, в то время как глубоководные черви, известные как Osedax, используют его для растворения костей морских млекопитающих, таких как киты, чтобы они могли их съесть. Фермент также присутствует в жабрах акул и скатов, где он является частью механизма, регулирующего химический состав крови. А в рыбьих глазах протонная помпа помогает доставлять кислород, улучшающий зрение.
Глядя на это предыдущее исследование, Йи задался вопросом, как фермент VHA используется в фитопланктоне. Он решил ответить на этот вопрос, объединив высокотехнологичные методы микроскопии в лаборатории Тресгерреса и генетические инструменты, разработанные в лаборатории покойного ученого Скриппса Марка Хильдебранда, который был ведущим экспертом по диатомовым водорослям и одним из соконсультантов Йи.
Используя эти инструменты, он смог пометить протонный насос флуоресцентной зеленой меткой и точно определить его местонахождение вокруг хлоропластов, известных как «органеллы» или специализированные структуры в клетках диатомовых водорослей. Хлоропласты диатомовых водорослей окружены дополнительной мембраной по сравнению с другими водорослями, окутывающей пространство, где углекислый газ и световая энергия преобразуются в органические соединения и выделяются в виде кислорода.
«Мы смогли создать эти изображения, которые показывают интересующий белок и то, где он находится внутри клетки со многими мембранами», — сказал Йи. «В сочетании с подробными экспериментами по количественной оценке фотосинтеза мы обнаружили, что этот белок на самом деле способствует фотосинтезу, доставляя больше углекислого газа, который хлоропласт использует для производства более сложных молекул углерода, таких как сахара, а также производит больше кислорода в качестве побочного эффекта».
Как только основной механизм был установлен, команда смогла связать его с несколькими аспектами эволюции. Диатомовые водоросли произошли от симбиотического события между простейшими и водорослями около 250 миллионов лет назад, которое завершилось слиянием двух организмов в один, известным как симбиогенез.
Авторы подчеркивают, что процесс поглощения одной клеткой другой, известный как фагоцитоз, широко распространен в природе. Фагоцитоз зависит от протонного насоса, который переваривает клетку, которая служит источником пищи. Однако в случае с диатомовыми водорослями произошло нечто особенное, когда съеденная клетка не переварилась полностью.
«Вместо того, чтобы одна клетка переваривала другую, подкисление, вызванное протонным насосом хищника, в конечном итоге способствовало фотосинтезу проглоченной добычи», — сказал Тресгеррес. «В ходе эволюции эти два отдельных организма слились в один, образовав то, что мы сейчас называем диатомовыми водорослями».
Не у всех водорослей есть этот механизм, поэтому авторы считают, что этот протонный насос дал диатомовым водорослям преимущество в фотосинтезе. Они также отмечают, что когда 250 миллионов лет назад возникли диатомовые водоросли, в атмосфере произошло значительное увеличение содержания кислорода, и недавно открытый механизм у водорослей мог сыграть в этом свою роль.
Считается, что большая часть ископаемого топлива, добываемого из-под земли, возникла в результате трансформации биомассы, которая опустилась на дно океана, включая диатомовые водоросли, в течение миллионов лет, что привело к образованию запасов нефти.
Исследователи надеются, что их исследование может стать источником вдохновения для биотехнологических подходов к улучшению фотосинтеза, секвестрации углерода и производству биодизельного топлива. Кроме того, они считают, что это будет способствовать лучшему пониманию глобальных биогеохимических циклов, экологических взаимодействий и последствий колебаний окружающей среды, таких как изменение климата.
«Это одно из самых захватывающих исследований в области симбиоза за последние десятилетия, и оно окажет большое влияние на будущие исследования во всем мире», — сказал Тресгеррес.
Прорывные измерения космического водорода меняют представления о Вселенной
Достижения в вычислительной технике и астрономии привели к появлению все более сложных попыток составить карту крупномасштабной структуры Вселенной. В течение последнего десятилетия ученые работают над картированием одного конкретного аспекта, чтобы…
Астрономы объяснили, почему у стареющих звезд внезапно падает светимость
С точки зрения невооруженного глаза, звезды стабильны и предсказуемы. Ничего особенного не происходит, кроме свечения. Само Солнце довольно плоское и ничем не примечательное, и будет светить относительно стабильно миллиарды лет.…
Окаменелость из Германии показывает, когда совы стали вести ночной образ жизни
Если и есть какая-то определяющая черта сов, то это, вероятно, их любовь к ночному образу жизни. Но, несмотря на их ночной образ жизни, мы удивительно мало знаем о том, когда…
Погибшие в Волгограде и 1 198 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили 1 198 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Четыре сотрудника южной промзоны Волгограда погибли в результате атаки беспилотников на…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли три человека
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области свыше 150 раз за прошедшие сутки, в результате погибли три человека, среди которых ребенок, еще 14 мирных жителей получили ранения, сообщил губернатор региона…
В Ставрополе предотвратили террористический акт в торговом центре
Сотрудники ФСБ России задержали в Ставрополе уроженца одной из стран Центральной Азии, готовившего взрыв в торговом центре. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "В Ставрополе пресечен…
Для мира на Украине США придется перевоспитать Европу
Страны Европы, которые долгое время находились на обочине переговорного процесса, могут получить мес...
В каменных наконечниках стрел в Саудовской Аравии обнаружены следы яда
Археологи, работающие в песчаных морях на юге, извлекли из высохшего дна озера удивительно подробную...
Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".