Хвойные деревья дышат не так, как мы думали
Мы привыкли считать, что растения — источники кислорода, которые обеспечивают нас жизненно важным газом благодаря фотосинтезу. Однако недавнее исследование показало, что хвойные иглы ведут себя неожиданным образом: в начале весны, когда светло, но холодно, они поглощают кислород, а не выделяют его. Как такое возможно и зачем им это нужно?
Фотосинтез — процесс, при котором растения под действием света превращают углекислый газ и воду в углеводы и кислород. Этот процесс происходит в специальных органеллах клеток листьев — хлоропластах, которые содержат тилакоидные мембраны с двумя основными комплексами — фотосистемами I и II. Кислород выделяется при разделении воды на фотосистеме II.
Животные и грибы, в отличие от растений, не могут фотосинтезировать, поэтому они потребляют кислород во время дыхания, при котором углеводы окисляются до углекислого газа и воды. Растения тоже дышат, особенно ночью и в корнях, но днем листья и иглы являются настоящими «фабриками кислорода».
Однако ученые из Умео университета (Швеция) обнаружили, что хвойные иглы сосны и ели зимой поглощают кислород на свету. Это было неожиданным открытием, которое заставило исследователей задаться вопросом: как это возможно и зачем им это нужно? Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Communications.
— Татьяна Шутова, старший научный сотрудник Умео университета.
Оказалось, что прибор работал исправно, а иглы действительно поглощали кислород на свету. Чтобы выяснить причину этого явления, ученые использовали комбинацию сложных методов. Они обнаружили, что поглощение кислорода происходит вокруг фотосистемы I и связано с особым типом белков — флаводиороновыми белками.
Флаводиороновые белки используются водорослями и цианобактериями для защиты своего фотосинтетического аппарата от повреждения избыточным светом. Они могут принимать электроны от фотосистемы I и переносить их на кислород, образуя воду. Таким образом, они предотвращают образование реактивных форм кислорода, которые могут повредить клетку.
Цветущие растения потеряли эти белки в ходе эволюции, но хвойные сохранили их, и это исследование предполагает, что они также способствуют фотозащите у хвойных. В начале весны, когда светло, но холодно, фотосинтез может быть затруднен из-за низкой температуры и недостатка углекислого газа. В этом случае флаводиороновые белки могут помочь иглам избежать стресса и подготовиться к активному фотосинтезу в теплое время года.
В предыдущем исследовании, которое ученые опубликовали три года назад в том же журнале, они выявили другой механизм — своего рода кратчайший путь между фотосистемой II и I, который используют хвойные для защиты своего фотосинтетического аппарата.
— Стефан Янссон, профессор растительной клеточной и молекулярной биологии в Умео университете, который возглавлял проект.
Фотосинтез — процесс, при котором растения под действием света превращают углекислый газ и воду в углеводы и кислород. Этот процесс происходит в специальных органеллах клеток листьев — хлоропластах, которые содержат тилакоидные мембраны с двумя основными комплексами — фотосистемами I и II. Кислород выделяется при разделении воды на фотосистеме II.
Животные и грибы, в отличие от растений, не могут фотосинтезировать, поэтому они потребляют кислород во время дыхания, при котором углеводы окисляются до углекислого газа и воды. Растения тоже дышат, особенно ночью и в корнях, но днем листья и иглы являются настоящими «фабриками кислорода».
Однако ученые из Умео университета (Швеция) обнаружили, что хвойные иглы сосны и ели зимой поглощают кислород на свету. Это было неожиданным открытием, которое заставило исследователей задаться вопросом: как это возможно и зачем им это нужно? Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Communications.
Я подумала, что что-то не так с прибором и повторила измерения
— Татьяна Шутова, старший научный сотрудник Умео университета.
Оказалось, что прибор работал исправно, а иглы действительно поглощали кислород на свету. Чтобы выяснить причину этого явления, ученые использовали комбинацию сложных методов. Они обнаружили, что поглощение кислорода происходит вокруг фотосистемы I и связано с особым типом белков — флаводиороновыми белками.
Флаводиороновые белки используются водорослями и цианобактериями для защиты своего фотосинтетического аппарата от повреждения избыточным светом. Они могут принимать электроны от фотосистемы I и переносить их на кислород, образуя воду. Таким образом, они предотвращают образование реактивных форм кислорода, которые могут повредить клетку.
Цветущие растения потеряли эти белки в ходе эволюции, но хвойные сохранили их, и это исследование предполагает, что они также способствуют фотозащите у хвойных. В начале весны, когда светло, но холодно, фотосинтез может быть затруднен из-за низкой температуры и недостатка углекислого газа. В этом случае флаводиороновые белки могут помочь иглам избежать стресса и подготовиться к активному фотосинтезу в теплое время года.
В предыдущем исследовании, которое ученые опубликовали три года назад в том же журнале, они выявили другой механизм — своего рода кратчайший путь между фотосистемой II и I, который используют хвойные для защиты своего фотосинтетического аппарата.
В обоих случаях есть интересные параллели. Хвойные сохранили процесс, который присутствует у низших растений, но который цветущие растения потеряли или не используют в такой же степени. Хвойные, по-видимому, приняли стратегию «лучше перебдеть, чем недобдеть», которая может быть менее эффективной в оптимальных условиях, но делает их более конкурентоспособными в суровом климате
— Стефан Янссон, профессор растительной клеточной и молекулярной биологии в Умео университете, который возглавлял проект.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
«Цирк Шубикова» с бомбами: как в СССР создали «невозможный» авианосец
Самолеты атаковали противника, срываясь с летающей авиабазы. Это пытались сделать и США, и Германия, но получилось только у Советского Союза...
Медный парадокс: почему электричество никогда не придет в каждый дом
Эксперты считают, что развитие цивилизации уперлось в мощный геологический барьер. Кто виноват и как выходить из этой ситуации?...
Тайна разгадана: почему люди — это единственные приматы с подбородком
Оказалось, что эволюция действует не так, как столетиями считали ученые...
«Проклятие» Романовых: отчего на самом деле умер брат Петра I, царь Федор?
Российские ученые разгадали болезнь, которая свела в могилу старшую ветвь царской семьи...
Обнаружены, но обречены: кто угрожает гробницам, которые старше первых пирамид?
6000-летняя культура, обнаруженная спутниками, была уникальной. Она застала времена, когда Сахара была еще зеленой...
Новое исследование: Христофор Колумб — вообще не тот, кем его считали историки
Ученые даже назвали подлинное имя великого мореплавателя...
Еще одна тайна Аркаима разгадана: ученые объяснили, почему древний город построен именно на этом месте
Оказалось, что наши далекие предки очень умело использовали природную инфраструктуру и обладали инженерными знаниями...
60 млрд Солнц в одной точке: что скрывает самая тяжелая пара черных дыр?
Секрет абсолютной пустоты, похоже, разгадан. Там нет вообще ничего: Ни пыли, ни газа, ни звезд...
Назад в будущее: почему Швеция запрещает смартфоны в школах и возвращается к бумажным учебникам?
По словам экспертов, отмена цифровизации сейчас происходит во многих странах. Неужели человечество одумалось и начинает выздоравливать?...
Мы все «марсиане»: ученые доказали, что жизнь с Красной планеты могла долететь за несколько лет
Компьютерное моделирование подтвердило: бактерии способны пережить Великий перенос с Марса на Землю. И этот процесс может идти прямо сейчас...
СССР был первым в энергии ветра: что помешало стать лидером планеты?
Это был невероятный и прорывной проект советского конструктора Юрия Кондратюка. Того самого, по расчетам которого, американцы полетели на Луну...
В тени российского орла: сколько раз Петербург спасал Вашингтон от полной гибели?
Когда-то американцы клялись, что США будет дружить с Россией, покуда светят звезды. А сейчас делают вид, что не помнят...