Как водоросли из горячих источников раскрывают секреты механизма концентрации углерода
Итальянские Флегрейские поля являются очагом вулканической активности. Это постоянно меняющийся ландшафт, усеянный кислотными горячими источниками. Огромная кальдера является частью Кампанской вулканической дуги, включающей в себя печально знаменитый вулкан Везувий, извержение которого стерло с лица земли римский город Помпеи в 79 году н.э. Однако, несмотря на враждебные условия этой обжигающей среды, есть микроорганизмы, которые в ней процветают.
Исследователи из Мичиганского государственного университета обратили на это внимание, надеясь получить новую информацию о том, как та или иная водоросль выживает в таких экстремальных условиях.
В статье, опубликованной в журнале Plant Physiology, extyst из Лаборатории исследований растений Министерства сельского хозяйства США и лаборатории Уолкера в сотрудничестве с лабораторией Шахар-Хилл факультета биологии растений изучают Cyanidioschyzon merolae, или C. merolae, и его уникальную способность к фотосинтезу нутриентов. Понимание того, как C. merolae функционирует в таких экстремальных условиях, может помочь ученым лучше понять процесс фотосинтеза, жизненно важный для всего живого на Земле.
В исследовании рассматривается механизм концентрации углерода (МКУ) у C. merolae. Многие фотосинтезирующие организмы используют МКУ для повышения эффективности фотосинтеза. Он играет роль средства адресной доставки, собирая углекислый газ и размещая его там, где он может быть использован наилучшим образом.
В настоящее время МКУ хорошо изучен у высших растений, но в отношении водорослей, тем более экстремофилов, исследования почти не проводились.
«C. merolae — очень примитивный организм, у него нет структур и способностей, которые ученые обычно ассоциируют с работой механизма концентрации углерода», — пояснила Энн Стенсма, аспирант кафедры биологии растений. Она является одним из первых авторов этого исследования. «В нашей статье рассматриваются основные характеристики, необходимые для создания МКУ независимо от уровня развития растительного организма».
Совместно с сотрудниками факультета статистики и теории вероятностей Мичиганского университета исследователи разработали математические модели метаболизма C. merolae. На разработку и уточнение этой модели водорослей было потрачено много усилий, чтобы исследователи могли продолжать использовать ее в дальнейших исследованиях.
«Большой проблемой в этом исследовании было понять взаимосвязь различных параметров жизни водорослей», — сказал Джошуа Касте, соавтор статьи. «Без доктора Чи-Ли Суном и Джуно Хео из департамента статистики мы бы не справились».
Чтобы создать математическую модель, исследователи скрупулезно ввели данные, соответствующие клетке C. merolae в реальной жизни буквально на молекулярном уровне.
Наличие такой модели позволяет исследователям вводить новые условия, чтобы увидеть, как водоросли могут отреагировать. Например, они могут удалить части модели и посмотреть, не нарушит ли это работу МКУ. Тем самым исследователи определили, какие части клеток водорослей жизненно важны для работы МКУ.
На базе разработанной компьютерной модели ученые планируют проводить эксперименты с живыми водорослями и изучать работу механизма концентрации углерода в разных по экстремальности условиях.
