Medicína a přírodověda

Článků v rubrice: 317

Vylepšená fotosyntéza

Vše začalo před 1,5 miliardou let, kdy byly fotosyntetizující bakterie porobeny složitější buňkou. Potomci těchto bakterií ztratily schopnost žít nezávisle a vyvinuly se do buněčných „slunečních elektráren“ známých jako chloroplasty.

Fotogalerie (1)
Ilustrační foto

Chloroplasty v řasách a rostlinách odvozují svůj původ od jediné pradávné kyanobakterie. Jestliže jedna mutace umožnila, aby kyanobakterie uskutečňovala fotosyntézu efektivněji, znamená to, že i jiné druhy bakterií by mohly získat stejné vlastnosti. Důležité je, že kyanobakterie vyvinuly elegantní způsob adaptace na klesající úroveň CO2 v atmosféře, zatímco rostlinám se to podařilo jen na úkor nákladného kompromisu.

Co umí kyanobakterie

Rostliny potřebují CO2 k výrobě potravy. Přidávají CO2 k jiné molekule s využitím enzymu rubisko (ribulosa‑1,5‑bisfosfát‑karboxylasa/oxygenasa) a opakováním tohoto procesu získávají uhlík k tvorbě cukrů, proteinů a tuků. Když se fotosyntéza vyvinula před dvěma miliardami let, obsahovala zemská atmosféra mnoho CO2, ale málo kyslíku. Enzym rubisko má rád jak CO2, tak kyslík. Když ale konzumuje kyslík, potravu ničí, místo aby ji vytvářel. Když hladina CO2 klesala a hladina kyslíku rostla, byla fotosyntéza stále méně účinná. Kyanobakterie to řešily tím, že si enzym rubisko uložily do nepatrných vnitřních oddělení buněk označovaných jako karboxysomy a díky tomu až tisícinásobně zvýšily hladinu CO2 v buňkách a vytvořily si starodávnou atmosféru bohatou na CO2, v níž se enzym rubisko objevil. „Krása“ karboxysomů spočívá v tom, že zamezují úniku CO2, protože ionty bikarbonátu vznikající při reakci CO2 s vodou mohou difundovat dovnitř buněk. Uvnitř je pak jiný enzym – karboanhydráza (carbonic anhydrase) – který přeměňuje bikarbonát zpět na CO2. Kyanobakterie si tento mechanismus vyvinuly před 350 až 400 miliony lety, kdy se díky rozšíření rostlin po celé zemi velmi zvýšil obsah kyslíku.

Co umí kukuřice a čirok

Zelené rostliny postupovaly jinou cestou a vyvinuly si mírně odlišný enzym rubisko, který spotřebovává méně kyslíku. Tento enzym ale pracuje mnohem pomaleji, takže rostlina musí zásobovat své chloroplasty velkým množstvím enzymu, aby fotosyntéza probíhala rozumným tempem. Asi čtvrtinu dusíku proto rostliny potřebují k tvorbě rubiska. Za posledních dvacet milionů let, kdy úroveň CO2 klesala na novou nízkou hladinu, si několik rostlin našlo způsob, jak koncentrovat CO procesem, který se označuje jako fotosyntéza C4. Mezi dvě důležité rostliny ovládající tento druh fotosyntézy patří kukuřice a čirok. Proto se nyní výzkum zaměřuje na přenesení této vlastnosti i na jiné plodiny, například na pšenici a rýži. Pokud bude výzkum úspěšný, pak i malé zlepšení by mohlo zvýšit účinnost fotosyntézy o 15‑25 %. Potrvá však určitou dobu, než výzkum přinese praktické výsledky a umožní opět zvyšovat produkci potravin pro neustále se zvyšující počet obyvatel Země.

Zdroj: Bob Holmes: Billion‑year upgrade. New Scientist, 2011, č. 2800, s. 41‑45

Václav Vaněk
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Co je to QR Code pishing

QR kódy se staly každodenním nástrojem pro rychlý přístup k webovým stránkám nebo digitálním menu restaurací, k provádění online plateb či využívání ...

Letní univerzita otevřela studentům dveře pro práci v jaderné energetice

Třiatřicet studentů technických vysokých škol a univerzit se letos zúčastnilo Letní univerzity pořádané Skupinou ČEZ. Během dvou týdnů absolvovali v Jaderné elektrárně Temelín ...

Jak metabolismus utváří život

Výzkumníci z Evropské laboratoře molekulární biologie (EMBL) Barcelona a MPI-CBG Dresden odhalují, jak glykolýza ovlivňuje rané embryonální buňky.

30 let malé vodní elektrárny, která přežila již několik povodní

Malá vodní elektrárna Obříství slouží české energetice 30 let. Spolehlivě mění proud středního Labe na bezemisní energii.

Umělou inteligencí proti lidským chybám

Zavádění umělé inteligence ve výrobě prudce roste a celosvětové výdaje na to by do roku 2026 měly dosáhnout 16,7 miliard eur. Lidská chyba je hlavním faktorem způsobujícím 23 ...

Nejnovější video

Stellarátory - budoucnost energetiky?

Zjímavý průřez historií jaderné fúze a propagace jednoho ze směrů výzkumu - stellarátorů. množstvím animací i reálných záběrů podává srovnání se současnými tokamaky.

close
detail