Fotosyntetická zkratka umožňuje, aby vánoční stromky zůstaly v zimě zelené

Borovice v zimě. Fotografické kredity: Montage od Stefana Janssona a Pushan Bag

Jak mohou jehličnany, které se používají například jako vánoční stromky, udržovat své zelené jehlice v boreální zimě, když většina stromů odhodí listy? Věda na tuto otázku neodpověděla dobře, ale nyní mezinárodní tým vědců, včetně vědců z univerzity v Umeå, zjistil, že zkratka ve fotosyntetickém stroji umožňuje, aby jehličí zůstaly zelené. Studie byla zveřejněna v časopise Komunikace přírody.

V zimě je světelná energie absorbována zelenými molekulami chlorofylu, ale nemůže být použita následnými reakcemi ve fotosyntetickém aparátu, protože většina biochemických reakcí je zastavena teplotami mrazu. To je problém zejména na začátku jara, kdy mohou být teploty stále velmi nízké, ale sluneční světlo je již silné a přebytečná světelná energie může poškodit proteiny ve fotosyntetickém zařízení. Vědci prokázali, že fotosyntetický aparát je zapojen zvláštním způsobem, který umožňuje, aby jehličí zůstaly zelené po celý rok.

Za normálních podmínek jsou dva fotosystémy, dvě funkční jednotky, ve kterých je světelná energie absorbována a přeměněna na chemickou energii, navzájem odděleny, aby se zabránilo zkratce a umožnila se účinná fotosyntéza. V zimě je struktura tylakoidní membrány, ve které jsou umístěny dva fotosystémy, reorganizována, čímž dochází k fyzickému kontaktu obou fotosystémů. Vědci prokázali, že Photosystem II dodává energii přímo do systému Photosystem I a tento zkratkový režim chrání zelený chlorofyl a jehly, když jsou podmínky drsné.

“V Umeå v severním Švédsku jsme během tří sezón pozorovali několik borovic,” říká Pushan Bag, doktorand na univerzitě v Umeå, který po celý rok sbíral vzorky a prováděl mnoho analýz. „Bylo důležité, abychom mohli pracovat na jehlách„ přímo zvenčí “, abychom jim zabránili v adaptaci na vyšší teploty v laboratorním prostředí, než jsme je analyzovali například elektronovou mikroskopií, která vizualizovala strukturu tylakoidní membrány. “

Všechny systémy mají bezpečnostní ventily pro řízení přebytečné světelné energie, která je rozptýlena buď jako teplo, nebo jako fluorescenční světlo. Zdá se však, že pouze jehličnany mají tak silné ventily, že dokáží udržet fotosyntetický aparát neporušený přes extrémní boreální zimu. Výzkumný tým kombinoval biochemii a ultrarychlou fluorescenční analýzu, což je velmi sofistikovaná metoda, pomocí které lze chlorofylové fluorescenční světlo rozlišovat v rozsahu pikosekund. Tímto způsobem dokázali ukázat, jak jehličí zacházejí s přebytečnou světelnou energií, aby ochránily svůj citlivý fotosyntetický aparát před poškozením.

„Museli jsme přizpůsobit zařízení pro zkoumání jehličí při nízkých teplotách, abychom zachytili jedinečný mechanismus,“ vysvětluje Volha Chukhutsina z Vrije Universiteit Amsterdam, která provedla většinu ultrarychlé fluorescenční analýzy. „Vyzkoušeli jsme také smrkové jehly, ale bylo obtížné je dobře zabudovat do vybavení.“

Alfred Holzwarth, který vyvinul časově rozlišená měření fluorescence, dodává: „Jehly borovice nám poskytly příležitost prozkoumat tento zkratkový mechanismus – známý také jako přelévání – protože skutečně vykazují extrémní adaptaci.“

Studie byla provedena s borovicemi, ale vědci se domnívají, že mechanismus bude pravděpodobně podobný pro ostatní druhy jehličnanů – jako je typický smrk a jedle – protože jejich fotosyntetický aparát je podobný.

„Tato pozoruhodná adaptace nás potěší nejen o Vánocích, ale je nesmírně důležitá pro lidstvo,“ říká profesor Stefan Jansson z univerzity v Umeå. “Pokud by jehličnany nebyly schopny přežít v extrémně drsném zimním podnebí, nemusely by být kolonizovány velké oblasti severní polokoule, protože jehličnany poskytovaly palivové dříví, bydlení a další potřeby.” I dnes tvoří základ ekonomiky ve většině částí cirkumpolární tajgy. “

Odkaz: „Přímý přenos energie z fotosystému II do fotosystému I dává v zimě udržitelnost borovice lesní“, kterou předložili Pushan Bag, Volha Chukhutsina, Zishan Zhang, Suman Paul, Alexander G. Iwanow, Tatjana Shutova, Roberta Croce, Alfred R. Holzwarth a Stefan Jansson , 15. prosince 2020, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-020-20137-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.