Naukowcy „naprawili usterkę” w fotosyntezie i tym samym zwiększyli wzrost upraw o 40 procent

Naukowcy „naprawili” naturalną wadę w fotosyntezie, dzięki czemu udało się zwiększyć wydajność upraw o niewiarygodne 40 procent w porównaniu do dzikich roślin.

Fotosynteza

Bez fotosyntezy nie ma życia. Reakcja chemiczna umożliwia roślinom zmieniać światło słoneczne i dwutlenek węgla w żywność. Nowa metoda może doprowadzić do zwiększenia ilości kalorii, by z tej samej ilości upraw wyżywić kolejne 200 milionów ludzi.

„Poprawka” została zastosowana tylko w odniesieniu do zakładów tytoniowych, więc raczej nie poprawimy naszych dostaw dostaw żywności, jest to jednak niebywale obiecujący krok, by mogło się to stać w niedalekiej przyszłości.

Moglibyśmy wykarmić nawet 200 milionów dodatkowych osób za pomocą kalorii utraconych na skutek fotooddychania.

Zainstalowałeś aplikację FaceApp? Nawet nie zdajesz sobie sprawy na co wyraziłeś zgodę

Usterka

Naturalna wada w fotosyntezie, która została naprawiona, to mało znana część zwana fotooddychaniem. Odzyskanie choćby części tych kalorii przyczyniłoby się do zaspokojenia szybko rosnących potrzeb w XXI wieku.

Dlaczego tak się dzieje? Ewolucja nie jest idealna i czasami okazuje się, że niektóre procesy to nieefektywny bałagan. Wiele roślin, jak choćby ryż czy soja, w kwestii fotosyntezy idzie po najmniejszej linii oporu.

Problematyczny proces

Jednym z najbardziej kluczowych, a zarazem niezdarnych etapów jest ten obejmujący enzym karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBisCO), który pakuje dwutlenek węgla w związek rybulozo-1,5-bisfosforan (RUBP).

RuBisCO ogólnie rzecz biorąc uważane jest za najbardziej obfite białko na naszej planecie, jednak w około 20% przypadków enzym pomija tlen dla najważniejszej cząsteczki węgla. Jest to nie tylko zmarnowana szansa, ale w wyniku tej reakcji powstaje glikolan i amoniak.

Stracona szansa

Dwa wspominane związki są toksyczne, należy się więc ich jak najszybciej pozbyć, zanim wyrządzą zbyt wiele szkód. Rośliny rozwinęły na to sposób, zwany fotooddychaniem. Wydanie części energii na proces recyklingu pomaga im przetrwać.

Człowiek, który przyjął najwyższą dawkę promieniowania przeżył 83 dni. Jego stan był horrendalny

Jednak to cenna energia, która mogłaby zostać zainwestowana w fotosyntezę, by uzyskać lepszy wzrost i większe plony. Szczególnie traci na tym ryż, pszenica i soja. Są to uprawy, na których polega większość świata.

Fotooddychanie

Przez lata próbowano znaleźć sposób, by zmusić rośliny uprawne do uniknięcia detoksykacji i w końcu się udało. Najskuteczniejszą metodą okazało się podjęcie procesu fotooddychania przez inne organizmy, w tym przypadku algi i bakterie.

Metoda nosi nazwę RIPE i polega na wybieraniu enzymów z innych źródeł. Niektóre pochodzą z bakteryjnego szlaku utleniania glikolu E. Coli, jak gen katalazy, oksydazy glikolanowej i syntazy jabłczanu. Użyto także enzymu odpowiedzialnego za syntazę u zielonych alg.

Naprawiona fotosynteza

Użycie poszczególnych enzymów w połączeniu z kilkoma ulepszeniami genetycznym skutkowało znalezieniem najbardziej energooszczędnego szlaku. Dzięki temu aktywność metaboliczna wzrosła o ponad 40 procent. Uzyskana energia przekłada się na większe plony.

Dopiero okaże się, czy zwiększenie wydajności nastąpi w przypadku innych upraw, ale naukowcy już rozpoczęli nad tym prace.

Fotografie: foundationfar.org, forbes.com, science.sciencemag.org