Fotosynteza jest jednym z najlepiej poznanych i zbadanych procesów zachodzących w organizmach na Ziemi, ale okazuje się, że wciąż skrywa przed nami tajemnice. Dzięki zastosowaniu ultraszybkich technik spektroskopowych, naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge odkryli, że związki chemiczne mogą wyodrębniać elektrony ze struktur molekularnych odpowiedzialnych za fotosyntezę, ale robią to na początkowych, a nie późniejszych etapach – jak do tej pory sądzono. Szczegóły opisano w Nature.
Czytaj też: Zagadka nauki sprzed 100 lat rozwiązana. Dlaczego rośliny osiągnęły taki sukces, „wychodząc na ląd”?
Dr Jenny Zhang z Wydziału Chemii z Uniwersytetu w Cambridge mówi:
Nie wiedzieliśmy o fotosyntezie tak wiele, jak nam się wydawało, a nowa ścieżka transferu elektronów, którą tu znaleźliśmy, jest całkowicie zaskakująca.
Fotosynteza to proces doskonały w swojej niedoskonałości
Fotosynteza jest procesem występującym w przyrodzie od ponad 400 mln lat, ale jej zrozumienie i odpowiednie wykorzystanie może pomóc w rozwiązaniu problemów współczesnych. Naukowcy skupili się na pierścieniowych cząsteczkach zwanych chinonami, które są w stanie “ukraść” elektrony z fotosyntezy. Używając tzw. przejściowej spektroskopii absorpcyjnej udało się im zbadać, jak chinony zachowują się w fotosyntetyzujących sinicach.
Dr Jenny Zhang dodaje:
Nikt wcześniej nie zbadał właściwie, jak ta cząsteczka współgra z maszynami fotosyntetycznymi na wczesnym etapie fotosyntezy: myśleliśmy, że po prostu używamy nowej techniki, aby potwierdzić to, co już wiedzieliśmy. Zamiast tego znaleźliśmy zupełnie nową ścieżkę i otworzyliśmy czarną skrzynkę fotosyntezy nieco dalej.
Okazało się, że rusztowanie białkowe, w którym zachodzą pierwsze etapy fotosyntezy (tzw. fazy jasnej) jest nieszczelne i sprzyja naturalnej ucieczce elektronów. Takie rozwiązanie ma sens z perspektywy rośliny, bo pomaga im chronić się przed fotouszkodzeniami.
Czytaj też: Rośliny są wysoce zaawansowanymi organizmami. Magia dzieje się jednak tam, gdzie nasz wzrok nie sięga
Dr Tomi Baikie z Cambridge’s Cavendish Laboratory mówi:
Fizyka fotosyntezy jest imponująca. Zwykle pracujemy na wysoce uporządkowanych materiałach, ale obserwacja transportu ładunków przez komórki otwiera niezwykłe możliwości nowych odkryć na temat tego, jak działa natura.
Możliwość wydostania elektronów na wczesnym etapie fotosyntezy jest zjawiskiem, o którym wcześniej nie mieliśmy pojęcia. Wbrew pozorom, nie świadczy to o niedoskonałości procesu i pozwala na sprawniejsze manipulowanie ścieżkami biochemicznymi podczas pozyskiwania energii ze Słońca. Jeżeli w pełni zrozumiemy ten proces, możliwe będzie stworzenie upraw zdolnych do tolerowania intensywnego światła słonecznego, które będą rosły tam, gdzie uniemożliwiają to zmiany klimatyczne.
Dr Zhang podsumowuje:
Wielu naukowców próbowało wydobyć elektrony z wcześniejszych etapów fotosyntezy, ale mówili, że nie jest to możliwe, ponieważ energia jest pochowana w rusztowaniu białkowym. Fakt, że możemy je wykraść we wcześniejszym procesie, jest zdumiewający. Na początku myśleliśmy, że popełniliśmy błąd: zajęło nam trochę czasu, aby przekonać się, że tego dokonaliśmy.