Fotosynteesitutkimus aitojen luonnon valo-olojen vaihtelussa paljastaa tieteelle uusia suojamekanismeja
Turkulais-hollantilaiset tutkijat ovat onnistuneet luomaan menetelmän, jossa fotosynteesiä seurataan luonnonmukaisissa, vaihtelevan valon olosuhteissa. Menetelmän avulla on voitu todentaa, miten syanobakteerit pimeässä olleessaan valmistautuvat lisääntyvään valoon niin, että ne kykenevät heti ensi sekunneista hyödyntämään valon määrän.
Turun yliopiston ja hollantilaisen Wageningen yliopiston tutkijat ovat onnistuneet kuvaamaan, miten fotosynteesin aikana auringonvalo imeytyy ja jakautuu uudelleen syanobakteereissa tilanteissa, joissa valon määrä vaihtelee. Aiemmin fotosynteesimekanismia on tutkittu pääasiassa tasaisen valon olosuhteissa.
– Fotoregulatiivinen järjestelmä on niin monimutkainen, että suurin osa tutkijoista tekee tutkimustaan käyttäen erityisiä, tarkkaan määriteltyjä keinotekoisia valo-olosuhteita, joissa esimerkiksi valon määrä pidetään vakiona ja energiavirtoja säädellään kemikaalein. Me käytämme uudessa tutkimuksessamme luonnonmukaisia valo-olosuhteita, Turun yliopiston tohtorikoulutettava Luca Bersanini sanoo.
Tutkijoiden soveltama melko nopea valo-pimeä-syklitys on varsinkin isoissa vesissä kasvavien organismien luonnossa kohtaama tilanne. Esimerkiksi meressä aallot kuljettavat syanobakteereja eri syvyysasteissa pimeästä valoon ja takaisin hyvinkin nopeissa sykleissä.
– Pimeässä syanobakteerisolut keräävät hengitysprosessinsa avulla lukuisia elektroneja varastoon yhteyttävään kalvosysteemiin, jossa sitten välittömästi valopulssin myötä aktivoituu fotosynteesin elektroninsiirto. Näin elektronit voidaan välittömästi hyödyntää energiarikkaiden yhdisteiden luomiseen, Bersanini sanoo.
Tutkimuksen mukaan pimeässä ollessaan solut valmistutuvat vastaanottamaan lisääntyvän valon ottamalla käyttöön tehokkaamman valon talteenottomekanismin.
– Tämä mekanismi varmistaa sen, että solut kykenevät valon ilmestyttyä, heti ensimmäisien sekuntien aikana hyödyntämään tehokkaasti elektroniallasta ja luomaan energiarikkaita molekyylejä, Bersanini sanoo.
Syanobakteerit myötävaikuttavat merkittävästi hiilidioksidien sitoutumiseen. Tutkijat arvelevatkin, että tieto niiden yhteyttämismenetelmistä voi olla ratkaisu kestävään energiantuotantoon.
Syanobakteerit ovat muinaisia yksisoluisia organismeja, jotka tunnetaan arkikielessä nimellä sinilevä. Niiden sininen väri perustuu suuriin, yhteyttävän kalvon pinnalla oleviin valoa talteen kerääviin pigmenttien ja proteiinien muodostamiin komplekseihin. Nämä kompleksit ovat herkimpiä oranssinvihreälle auringonvalolle, joka kykenee tunkeutumaan syvälle veteen.
Ympäristönä vesi luo monia haasteita fotosynteesille. Ylemmissä vesikerroksissa yksi suurimmista haasteista on valon voimakkuuden vaihtelu. Aallot ja merivirtaukset aiheuttavat suuria vaihteluja valon määrässä nk. prismavaikutuksen ansiosta ja voivat helposti ajaa fotosynteesin mekanismin epätasapainoon ja seurauksena voisi olla jopa solun tuhoutuminen. Syanobakteerisoluilla on kuitenkin tehokkaita säätelymekanismeja, joilla ne voivat nopeasti mukauttaa valonkeruujärjestelmäänsä ja jopa heittää ylimääräistä energiaa pois lämpönä.
Teksti: Erja Hyytiäinen
Kuva: Luca Bersanini