Фотосинтез - это уникальный биологический процесс, позволивший заселить сушу и море растениями и фитопланктоном соответственно. В то время как механизмы фотосинтеза в растениях хорошо изучены, ученые только сейчас начинают выяснять, как этот процесс развивался в фитопланктоне.
В сотрудничестве с учеными из нескольких стран, исследователями из Лаборатории физиологии клеток и растений (CNRS/CEA/UGA/Inra), Института структурной биологии (CNRS/CEA/UGA), Лаборатории усовершенствованной электронной микроскопии LEMMA (CEA/UGA) и Лаборатория мембранной и молекулярной физиологии хлоропластов (CNRS/UPMC) предложили структурную модель фотосинтетического процесса в фитопланктоне, основанную на исследованиях диатомей Phaeodactylum tricornutum. Их выводы опубликованы в Nature Communications 20 июня 2017 года.
Фотосинтез - замечательный механизм преобразования световой энергии в химическую. Это делают две миниатюрные фотохимические электростанции: фотосистема I (PSI) и фотосистема II (PSII). Но идеальные условия требуют, чтобы PSI и PSII были разделены, чтобы избежать любых «коротких замыканий», которые могут сделать фотосинтез менее эффективным. У растений две фотосистемы разделены структурами (см. изображение A), которые, по-видимому, не существуют в фитопланктоне (см. изображение B). Но как же тогда фитопланктон может отвечать за половину всего фотосинтеза на нашей планете?
Адаптируя различные методы клеточной визуализации с высоким разрешением к Phaeodactylum tricornutum, исследователи смогли создать 3D-модель фотосинтетической системы диатомовых водорослей (см. изображение C). Они обнаружили микроскопические субдомены, что позволило разделить, как в растениях, две фотосистемы для большей эффективности. Эти результаты объясняют, почему диатомовые водоросли могут составлять примерно 20% всего производства кислорода на Земле и почему они процветают в океанах в течение примерно 100 миллионов лет..
Исследователи продолжают разработку своей 3D-модели фотосинтеза диатомовых водорослей, которая должна позволить им понять, как эти одноклеточные организмы могут адаптироваться к последствиям изменения климата.