Bunu nasıl yapıyor Posidonia okyanusika Işığın son derece az olduğu ve neredeyse yalnızca mavi radyasyondan oluştuğu 50 metre derinliğe kadar bereketli bir şekilde büyümek? Cevap dergide yayınlanan bir çalışmadan geliyor Doğa İletişimiNapoli Anton Dohrn Zooloji İstasyonu ve Verona Üniversitesi tarafından, CNR ve Milano Politeknik Kurumu tarafından düzenlenmiştir. spesifik bir evrimsel adaptasyon sayesinde bu deniz tesisi, deniz tabanındaki sınırlı ışıktan en iyi şekilde yararlanmak için fotosentetik sistemini optimize etti.
başlıklı araştırma Deniz Çayırı Posidonia oceanica Fotosistem I'in Deniz Yatağı Işığına Yapısal ve Spektral Adaptasyonubunu kanıtlıyor P. oceanica evrim süreci boyunca kendi yapısını değiştirmiştir fotosistem bengelişen karasal bitkilerden daha kapsamlı bir ışık yakalama sistemi ve aynı zamanda ışık enerjisinin fotosentezin reaksiyon merkezine doğru aktarımını hızlandırır. Işık mevcudiyetinin azaldığı deniz ortamlarında bile yüksek fotosentetik verimliliği sürdürmesine olanak tanıyan bir strateji.
Arasında 70 ve 100 milyon yıl öncedahil olmak üzere bir grup kara bitkisi Posidonia okyanusikadeniz ortamını kolonileştirdi. Deniz yosunlarından evrimleşip ana karayı fethettikten sonra, yüksek bitkiler deniz yatağında yaşamaya geri döndüler ve bazıları bin yıldan daha eski olan geniş sular altında çayırların ortaya çıkmasına neden oldular; bunlar bugün gezegendeki en önemli ekosistemlerden birini temsil ediyor. biyolojik çeşitlilik, biyolojik üretkenlik ve karbon tutma kapasitesi.
Yaşadığı ortam P. oceanica ancak karasal bir bitki için son derece zordur. Derinlik arttıkça su, kırmızı ve kızılötesi fotonları neredeyse tamamen emer ve ağırlıklı olarak mavi ışığın filtrelenmesine izin verir, bu da fotosentetik aktiviteyi desteklemede daha az verimlidir. Bu koşullara rağmen, bitki şaşırtıcı derecede yüksek üretkenliği koruyor; bu, evrimsel temeli şimdiye kadar tam olarak anlaşılamayan bir olgu.
Bu mekanizmayı yeniden yapılandırmak için proje, uzman kişileri bir araya getirdi. deniz ekolojisi, bitki fizyolojisi, moleküler ve yapısal biyoloji ve kuantum fiziği. Anton Dohrn Zooloji İstasyonu'nda (Gabriele Procaccini ve Irene Olivé), Napoli Körfezi'ndeki Ischia adası çevresinde farklı derinliklerdeki bitkilerden numune alma ve ekolojik ve evrimsel çalışmalar yapıldı. Sayesinde kriyo-elektron mikroskobu Ulusal Araştırma Konseyi'nin (Gennaro Sanità ve Emanuela Esposito) – ISASI ENSTİTÜSÜ'nün GÖZ LABORATUVARI ve Verona Üniversitesi'nin (Antonello Amelii, Zeno Guardini, Stefano Capaldi, Luca Dall'Osto ve Roberto Bassi) yapısal analizleri sayesinde araştırmacılar ilk kez yeniden yapılandırmayı başardılar. fotosistem I'in üç boyutlu yapısı Posidonia okyanusika atomik çözünürlük ile.
Analizler şunu ortaya çıkardı P. oceanica sahip bir anten sistemiışık radyasyonunu yakalamaktan sorumlu pigment-protein komplekslerinden oluşur, çok daha kapsamlı ve karmaşık karasal bitkilerle karşılaştırıldığında. Bu özellik, deniz tabanında bulunan az sayıdaki fotonun yakalanma yeteneğini artırır.
Bununla birlikte, daha büyük bir antenin de bir sınırı vardır: Işık enerjisinin, fotosistemin reaksiyon merkezine, yani fotosentezin motoruna ulaşmak için daha büyük bir mesafe kat etmesi gerekir; bunun sonucunda dağılma riski artar ve sürecin verimliliğinde olası bir azalma olur.
Trieste Körfezi'nde yeni bir çayır büyüyor
Nasıl olduğunu anlamak için P. oceanica Bu sınırın üstesinden gelmeyi başaran Milano Politeknik Üniversitesi'nden araştırmacılar (Mattia Russo, Margherita Maiuri ve Giulio Cerullo) ileri bir teknik kullandılar: İki Boyutlu Elektronik Spektroskopi (2DES)bu da fotosistem içindeki enerji transferini saniyenin milyarda birinin milyonda birine eşit olan femtosaniye mertebesinde bir zaman ölçeğinde takip etmemizi sağlar.
Araştırmanın en önemli sonucu rafine bir moleküler adaptasyonun tanımlanmasıdır. Evrim sürecinde Posidonia, klorofil konformasyonlarından bazılarını kaybetmiştir ve bu durum, “Klorofil” adı verilen bir optik fenomeni ortaya çıkarmıştır. “kırmızı hayalet şekiller”karasal bitkilerde, çalılık ortamlardaki yaşamı kolaylaştırır. Onların yerine moleküler konfigürasyonları seçti. enerji transferini hızlandırırlar fotosentezin reaksiyon merkezine doğru. Bu şekilde anten sisteminin daha büyük boyutunu telafi eder ve deniz tabanında mevcut olan sınırlı ışıktan yüksek verimlilikle faydalanabilir.
Araştırmanın sonuçları deniz ekosistemleri çalışmalarının çok ötesine geçiyor. izin veren mekanizmaları anlamak P. oceanica Işığı bu kadar yüksek verimlilikle kullanmak yeni perspektifler açıyor sentetik biyoloji Avrupa Parlamentosu tarafından yakın zamanda onaylanan bir teknoloji olan kültür bitkilerinin kullanımı. Posidonia'nın fotosentetik işleyişini taklit edecek şekilde tasarlanan bitkiler mevcut ışıktan daha iyi yararlanabilir, Arazi tüketimini artırmadan tarımsal verimi artırmak. Artan gıda talebi ve iklim değişikliğinin etkileriyle karakterize edilen bir bağlamda özellikle ilgi çekici bir bakış açısı.
Çalışma, proje de dahil olmak üzere Avrupa finansmanı tarafından desteklendi Gelişmiş Hibe “GrinSun”arasındaAvrupa Araştırma Konseyi (ERC)bunların sahipleri onlar Roberto Bassi Ve Luca Dall'Osto ve bu verir EMBRC-IT “Fotoğraf-DENİZ”atanan Antonello Amelii ve deniz bitkilerinin fotosentetik adaptasyonlarının incelenmesine adanmıştır.
Bir yanıt yazın