Hvad kan planter lære af alger?

Alger har en superkraft, der hjælper dem med at vokse hurtigt og effektivt. Nyt arbejde ledet af Carnegies Adrien Burlacot lægger grunden til at overføre denne evne til landbrugsafgrøder, som kan hjælpe med at brødføde flere mennesker og bekæmpe klimaændringer. Deres resultater er offentliggjort i Nature .

Planteceller, alger og visse bakterier er i stand til at omdanne solens energi til kemisk energi ved hjælp af en række biokemiske reaktioner kendt som fotosyntese. Denne proces gjorde Jordens atmosfære iltrig, hvilket tillod dyreliv at opstå og trives og understøtter hele vores fødekæde.

Fotosyntesen foregår i to trin. I den første absorberes lys og bruges til at syntetisere energimolekyler med ilt som et biprodukt. Disse energimolekyler bruges derefter til at drive anden fase, hvor kuldioxid fra luften fikseres til kulstofbaserede sukkerarter, såsom glucose og saccharose.

Fordi fotosyntese er en så ældgammel proces - en, der går forud for og faktisk formede atmosfærens nuværende sammensætning - er den ikke særlig effektiv. Mekanismen, hvormed planter opfanger kuldioxid fra luften, er et offer for sin egen succes. I en kuldioxid-rig atmosfære var det et snuptag for planter at få fat i det nødvendige kulstof til anden fase. Men nu er det en anden historie, og planter er begrænset af den stadig lille mængde kuldioxid i atmosfæren og kan ikke effektivt låse den ned.

Heldigvis har fotosyntetiske alger udviklet mekanismer, der øger deres effektivitet ved at koncentrere kuldioxid omkring det enzym, der er ansvarligt for at fiksere det til sukker. Dette biokemiske boost er en del af det, der gør det muligt for alger at vokse så hurtigt.

"Hvis de cellulære værktøjer, der ligger til grund for denne evne, kan udnyttes, ville det give os mulighed for at konstruere mere produktive planter," forklarede Burlacot. "Dette vil hjælpe i kampen mod klimaændringer ved at binde mere kuldioxid fra atmosfæren og hjælpe med at bekæmpe verdens sult ved at producere mere mad."

Burlacot og samarbejdspartnere fra Aix-Marseilles Universitet – Ousmane Dao, Pascaline Auroy, Stephan Cuiné, Yonghua Li-Beisson og Gilles Peltier – var i stand til at belyse den energivej, der driver algernes evne til at koncentrere kuldioxid.

For at blive transporteret over de biologiske membraner, hvori det andet trin af fotosyntesen finder sted, skal den atmosfæriske kuldioxid omdannes til bikarbonat og derefter tilbage igen. Forskerne afslørede, hvordan celler skaber energien til at drive denne serie af ændringer, hvilket tillader kuldioxid at blive koncentreret uden at skære i cellens strømforsyning til kulstoffikseringsprocessen.

"Det har længe været kendt, at algers evne til at koncentrere kuldioxid og forbedre fotosynteseeffektiviteten krævede energi, men de molekylære mekanismer i denne proces har været dårligt forstået indtil nu," konkluderede Burlacot. "Vores arbejde har afsløret den energiske værktøjskasse, vi har brug for til at forbedre kulstoffangsten i fotosyntesen."