Gasić pożar czy uciekać? Ważne wyniki lubelskich naukowców w obszarze fotosyntezy

Czas2 min

Życie na naszej planecie zasilane jest niemalże wyłącznie docierającą do nas energią promieniowania słonecznego, a fotosynteza to proces, dzięki któremu ta energia niesiona przez światło jest zamieniana na formy, które mogą być bezpośrednio wykorzystywane przez żywe organizmy. Szacuje się, że do 2046 roku liczba ludzi zamieszkujących Ziemię wzrośnie do 9 miliardów, co stanowi ogromne wyzwanie w obszarze poszukiwania źródeł wyżywienia dla tak dynamicznie rosnącej populacji.

Gasić pożar czy uciekać? – interesujące i ważne wyniki...

Wyzwanie to podejmowane jest w wielu centrach naukowych na świecie, ogniskujących swoją aktywność badawczą na poznaniu szczegółowych mechanizmów procesu fotosyntezy. Wydajność wiązania energii świetlnej zamienianej na biomasę nie przekracza bowiem kilku procent, a każde zwiększenie tej wartości przekłada się na nasz sukces w produkcji żywności. Jednym z kierunków aktywności naukowej jest wykorzystanie inżynierii genetycznej w celu uzyskania gatunków roślin maksymalnie wykorzystujących w procesie fotosyntezy pochłoniętą energię słoneczną, przy minimalnym jej rozpraszaniu do środowiska. Problemem okazuje się jednak, iż rozpraszanie termiczne energii stanowi jeden z ważnych mechanizmów regulacyjnych chroniących chloroplasty w liściach przed nadmiernym oświetleniem, prowadzącym do foto-degradacji, która może być porównana do pożaru.

Na szczęście, rośliny wypracowały na drodze ewolucji biologicznej alternatywne procesy regulacyjne, w tym ruchy chloroplastów w komórkach, które określić można jako ukierunkowane na poszukiwanie światła bądź ucieczkę przed jego nadmiarem. Rodzi się jednak dylemat, który sformułować można następująco: „Gasić pożar czy uciekać?”, czyli jakich wyborów dokonują chloroplasty w komórkach roślinnych w celu optymalizacji procesu fotosyntezy oraz obrony przed śmiercią spowodowaną zbyt intensywnym światłem.

Naukowcy z Katedry Biofizyki Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, pracujący pod kierunkiem prof. Wiesława I. Gruszeckiego w ramach realizacji projektu badawczego MAESTRO finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, postanowili „wczuć się w chloroplasty” i znaleźć odpowiedź na tak postawione pytanie. Badania prowadzone były we współpracy z partnerami z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie oraz Instytutu Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk w Lublinie. Wobec licznych kontrowersji oraz sprzecznych doniesień w literaturze światowej dotyczących tego problemu, naukowcy polscy postanowili analizować aktywność obu tych mechanizmów jednocześnie.

Okazało się to możliwe dzięki zastosowaniu zaawansowanej techniki obrazowania mikroskopowego opierającego się na analizach czasów życia fluorescencji (FLIM, fluorescence lifetime imaging microscopy, ang.). Po zaabsorbowaniu światła, cząsteczki chlorofilu w chloroplastach przetrzymują uzyskaną w ten sposób energię przez czas rzędu wielkości miliardowych części sekundy, po czym emitują znaczną jej część w postaci fluorescencji. Okazuje się, że czasy te są znacząco krótsze, jeśli chloroplasty w ramach obrony przed foto-destrukcją wyrzucają uzyskaną energię do środowiska w formie ciepła. Technika FLIM umożliwia więc jednoczesną analizę mikroskopową poruszania się chloroplastów w komórkach (śledzenie ich ucieczki), jak i czasów życia fluorescencji będących miarą aktywności mechanizmu protekcyjnego gaszenia wzbudzeń nadmiarowych.

Uzyskane wyniki pokazały, iż dylemat chloroplastów „gasić czy uciekać?” rozwiązywany jest przez komórki roślinne w każdej chwili, na podstawie aktualnej, wewnątrz-chloroplastowej analizy intensywności światła. Odpowiedź uzależniona jest właśnie od intensywności światła, ale w znacznym jej zakresie opiera się na jednoczesnym wykorzystywaniu obydwu tych mechanizmów regulacyjnych: zmiany położenia chloroplastów w komórce oraz protekcyjne gaszenie energii wzbudzeń chlorofilu.

Wyniki badań ukazały się w artykule opublikowanym w ostatnim numerze renomowanego czasopisma specjalistycznego The Plant Journal (Zubik-Duda, M.et al. „The photoprotective dilemma of a chloroplast: to avoid high light or to quench the fire?” https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16221.

Publikacja pracy wyróżniona została dedykowanym artykułem wstępnym edytora (Kirschner, G., „Chloroplast photoprotection: face the light or run and hide?”) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16340 oraz uhonorowana okładką czasopisma: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.15825.

Źródło: Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie

- REKLAMA -

Najnowsze

- REKLAMA -

Zainteresuje Cię

20 lat branży biogazowej w Polsce. Eksperci podsumowują rozwój sektora

Polska branża biogazowa obchodzi 20-lecie istnienia. To właśnie dwie dekady temu, w 2005 roku, Goodvalley zbudowało pierwszą biogazownię...

Do 2030 roku liczba plastikowych opakowań w e-handlu modowym może się podwoić. Ich udział najszybciej rośnie w Polsce

Wraz ze wzrostem kanału e-commerce w branży modowej rośnie liczba wykorzystywanych opakowań, z których znaczną część wciąż stanowią te z plastiku....

Raport PTEC: Współpraca ciepłownictwa i elektroenergetyki wpłynie na obniżenie cen ciepła, emisji CO2 i poprawę efektywności systemu

Podczas tegorocznego Kongresu Ciepłownictwa w Nałęczowie, Polskie Towarzystwo Energetyki Cieplnej (PTEC) zaprezentowało najnowszy raport pt. „Integracja sektora ciepłowniczego...

Polskie Sieci Elektroenergetyczne uruchamiają kampanię „Odłóż na później” wspierającą elastyczne zarządzanie energią

Ruszyła ogólnopolska kampania edukacyjna "Odłóż na później", której celem jest promocja odpowiedzialnego korzystania z energii elektrycznej poprzez świadome...

Unia Europejska zwiększyła inwestycje w ochronę środowiska do rekordowych 76 miliardów euro w 2024 roku

Eurostat szacuje, że w 2024 roku kraje Unii Europejskiej zainwestowały około 76 miliardów euro w aktywa niezbędne do...

Branża budowlana musi budować w sposób odpowiedzialny klimatycznie

Przemysł cementowy na świecie odpowiada za 7-8 proc. światowej produkcji emisji dwutlenku węgla. „W Polsce, według danych Stowarzyszenia...

Zielone wartości w odwrocie. Polacy coraz bardziej obojętni na ekologię

Po chwilowym wzroście świadomości ekologicznej w polskim społeczeństwie przyszło zahamowanie nastrojów. Napływ obojętnych postaw, niski poziom wiedzy na...

Eurostat: UE czyni znaczące postępy w realizacji SDGs, ale trzy cele odnotowują regres

Eurostat opublikował raport "Zrównoważony rozwój w Unii Europejskiej - raport monitorujący postępy w realizacji SDGs w kontekście UE...