Medicína a přírodověda

Článků v rubrice: 312

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

10 nejzajímavějších projektů malých modulárních reaktorů roku 2025

Celosvětový zájem o malé modulární reaktory (Small Modular Reactors, SMR) stále roste. Významně jej urychlil rychlý vstup datových center na trh (v souvislosti s rozvojem umělé inteligence).

Reaktory chlazené roztavenými solemi

V krátkodobém horizontu se bude ve světě stavět většina nových reaktorů jako lehkovodní reaktory, tedy stejný typ, který ve 20. století vedl k počátečnímu boomu zavádění jaderné energie.

Teorie původu náboženství

„Bůh je krásný, úžasný vynález lidského mozku“, říká teoretický fyzik a matematik Brian Greene. Je tomu tak? Opravdu není „nad námi“ něco víc, ...

Přes tisíc mladých fyziků na jednom místě

To může znamenat jediné – Fyziklání! Letňany zaplavili nadšení fyzikové! V pátek 14. února proběhl již 19. ročník populární týmové soutěže Fyziklání, ...

Nová tkanina, která vás udrží v teple i v ultrachladném počasí

Nová inteligentní tkanina může zvýšit teplotu o více než 30 stupňů Celsia již po 10 minutách na slunci. Do materiálu jsou zabudovány specializované nanočástice, které absorbují ...

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