Medicína a přírodověda

Článků v rubrice: 327

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

AI předpovídá riziko onemocnění na desítky let dopředu

Nový model umělé inteligence dokáže odhadnout dlouhodobé riziko více než 1 000 nemocí a předpovědět změny lidského zdraví. Model, vyškolený a testovaný na anonymizovaných ...

Snazší léčení mozkového nádoru změnou diety

Nová laboratorní studie využila unikátní aspekt metabolismu buněk glioblastomu ke zvýšení účinnosti chemoterapie a radiace a obrátila vlastnosti rakoviny proti ní samé.

Společně můžeme pokračovat mnohem rychleji, říkají fúzaři

Mé poslední dny strávené v akademickém ústavu se už počítaly na prstech jedné ruky. Nicméně se mi podařilo vydat knížku Soukromý kapitál ve výzkumu termojaderné fúze.

Kultivované maso: Co to je a jak vzniká

Kultivované maso je maso vypěstované přímo z živočišných buněk, bez nutnosti porážky zvířat. V dnešní době už nejde o sci-fi.

Hackathon v Brně – jaké inovace vymysleli středoškoláci za 24 hodin?

Mladé technické mozky ze středních škol z Česka a Slovenska se na konci listopadu utkaly v 8. ročníku AT&T HACKATHONu Junior v Brně. Dvoudenní maraton plný technologií opanovali ...

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