В самом сердце Флегрейских полей в Италии, расположенных в зоне Кампанской вулканической дуги, кипит жизнь в условиях, где царит высокая температура и кислотность. Эта область известна активностью вулканов, а также близостью к знаменитому Везувию, чьё извержение в 79 году н. э. стёрло с лица земли древний город Помпеи. Несмотря на экстремальные условия в этих горячих источниках, некоторые микроорганизмы удивительным образом здесь процветают.
Учёные из Мичиганского государственного университета (MSU), в том числе команды из MSU-DOE Plant Research Laboratory, Walker lab и Shachar-Hill lab, совместно с учёными из кафедры статистики и теории вероятностей (доктор Чих-Ли Сун и Джуно Хо), сосредоточили усилия на исследовании водоросли Cyanidioschyzon merolae (C. merolae). Руководил проектом Беркли Уокер, занимающий должность доцента в MSU-DOE Plant Research Laboratory и на кафедре биологии растений. Ключевыми соавторами стали аспирантка Энн Стинсма и её коллега Джошуа Касте.
Объект исследования, C. merolae, умеет фотосинтезировать в условиях экстремального нагрева и высокой кислотности. Эта водоросль заметно отличается от прочих организмов, обладающих механизмом концентрирования углерода (CCM): у неё отсутствуют многие привычные структуры, однако это не мешает ей использовать двуокись углерода настолько эффективно, что она сохраняет устойчивость даже в агрессивной среде.
Механизм концентрирования углерода часто сравнивают с «доставщиком», который отвечает за доставку CO₂ в нужную точку для быстрого фотосинтеза. У растений такой процесс изучен достаточно хорошо, однако у водорослей детальные сведения имеются лишь о нескольких видах. Учёные стремятся понять, какие минимальные компоненты обеспечивают работу такого механизма, и как можно улучшить его даже при экстремальных температурах и уровне кислотности.
С помощью математических моделей, разработанных и протестированных при участии экспертов из кафедры статистики, исследователи ввели в компьютерные симуляции многочисленные параметры, повторяющие реальные условия жизни C. merolae. Модель позволила «отключать» некоторые элементы системы, чтобы проверить, действительно ли они необходимы для функционирующего CCM и стабильного фотосинтеза.
По словам Беркли Уокера, «наука описала лишь узкий срез того, как природа решает одни и те же задачи, но разными способами, и это далеко не значит, что другого пути нет». Учёный подчеркнул, что «эта работа отлично демонстрирует: то, как мы привыкли видеть решение, не единственно возможный вариант». Он добавил: «Это показывает нам 'минимальный путь', который можно использовать при конструировании механизма концентрирования углерода. Возможно, удастся усовершенствовать эту простую систему C. merolae и обеспечить ещё больший рост в экстремальных условиях».
Энн Стинсма отметила: «C. merolae — очень простой организм, поэтому у него нет всех структур и функций, которые обычно ассоциируются с работой механизма концентрирования углерода». Она считает, что полученные данные позволяют определить «какие базовые особенности действительно необходимы, чтобы построить эффективный CCM». Джошуа Касте подчеркнул, что «большим вызовом в этом исследовании было понять, как взаимодействуют множество различных параметров в нашей модели».
Результаты, опубликованные в журнале "Plant Physiology", дают надежду, что, разобравшись в более простом механизме концентрирования углерода, учёные смогут применять полученные знания для повышения продуктивности фотосинтеза и адаптации к экстремальным условиям не только у C. merolae, но и у более сложных организмов.
Изображение носит иллюстративный характер
Учёные из Мичиганского государственного университета (MSU), в том числе команды из MSU-DOE Plant Research Laboratory, Walker lab и Shachar-Hill lab, совместно с учёными из кафедры статистики и теории вероятностей (доктор Чих-Ли Сун и Джуно Хо), сосредоточили усилия на исследовании водоросли Cyanidioschyzon merolae (C. merolae). Руководил проектом Беркли Уокер, занимающий должность доцента в MSU-DOE Plant Research Laboratory и на кафедре биологии растений. Ключевыми соавторами стали аспирантка Энн Стинсма и её коллега Джошуа Касте.
Объект исследования, C. merolae, умеет фотосинтезировать в условиях экстремального нагрева и высокой кислотности. Эта водоросль заметно отличается от прочих организмов, обладающих механизмом концентрирования углерода (CCM): у неё отсутствуют многие привычные структуры, однако это не мешает ей использовать двуокись углерода настолько эффективно, что она сохраняет устойчивость даже в агрессивной среде.
Механизм концентрирования углерода часто сравнивают с «доставщиком», который отвечает за доставку CO₂ в нужную точку для быстрого фотосинтеза. У растений такой процесс изучен достаточно хорошо, однако у водорослей детальные сведения имеются лишь о нескольких видах. Учёные стремятся понять, какие минимальные компоненты обеспечивают работу такого механизма, и как можно улучшить его даже при экстремальных температурах и уровне кислотности.
С помощью математических моделей, разработанных и протестированных при участии экспертов из кафедры статистики, исследователи ввели в компьютерные симуляции многочисленные параметры, повторяющие реальные условия жизни C. merolae. Модель позволила «отключать» некоторые элементы системы, чтобы проверить, действительно ли они необходимы для функционирующего CCM и стабильного фотосинтеза.
По словам Беркли Уокера, «наука описала лишь узкий срез того, как природа решает одни и те же задачи, но разными способами, и это далеко не значит, что другого пути нет». Учёный подчеркнул, что «эта работа отлично демонстрирует: то, как мы привыкли видеть решение, не единственно возможный вариант». Он добавил: «Это показывает нам 'минимальный путь', который можно использовать при конструировании механизма концентрирования углерода. Возможно, удастся усовершенствовать эту простую систему C. merolae и обеспечить ещё больший рост в экстремальных условиях».
Энн Стинсма отметила: «C. merolae — очень простой организм, поэтому у него нет всех структур и функций, которые обычно ассоциируются с работой механизма концентрирования углерода». Она считает, что полученные данные позволяют определить «какие базовые особенности действительно необходимы, чтобы построить эффективный CCM». Джошуа Касте подчеркнул, что «большим вызовом в этом исследовании было понять, как взаимодействуют множество различных параметров в нашей модели».
Результаты, опубликованные в журнале "Plant Physiology", дают надежду, что, разобравшись в более простом механизме концентрирования углерода, учёные смогут применять полученные знания для повышения продуктивности фотосинтеза и адаптации к экстремальным условиям не только у C. merolae, но и у более сложных организмов.
