Un nou tip de fotosinteză extinde limitele vieţii

În urmă cu câțiva ani oamenii de ştiinţă au descoperit un nou tip de clorofilă, ceea ce a impus o redefinire a limitelor fotosintezei și a rolului pe care îl joacă acest nou pigment în fotosinteză.

Cercetările recente conduse de Imperial College London au identificat o serie de reacţii biochimice având un rol esenţial în dezvoltare vieţii de pe Pământ, dar şi de pe alte planete.

Pentru a produce glucoză organismele fotosintetice, cum ar fi plantele și cianobacteriile (alge albastre-verzi), amestecă dioxidul de carbon cu apă și folosesc lumina soarelui pentru a recombina atomii acestora ca într-un joc Lego.

Utilizarea energiei fotonilor pentru realizarea unor legături chimice necesită folosirea adecvată a unei proteine ​​denumită clorofila-a, care absoarbe mai mult culoarea roşie din lumina soarelui în timp ce reflectă verdele, albastrul și violetul. Această proprietate le conferă plantelor o nuanță verde omniprezentă.

Chiar dacă cu toții am văzut frunze având şi alte culori în afară de verde, oamenii de ştiinţă au presupus că partea roșie a spectrului electromagnetic, care corespunde unor lungimi de undă de aproximativ 700 de nanometri, stabilește o limită inferioară a cantității de energie necesară în procesul de fotosinteză.

Clorofila-a se găsește în aproape toate organismele fotosintetice, astfel încât așa-numita „limită roșie” este considerată a fi universală.

S-a presupus că această limită se extinde şi la organismele care se dezvoltă pe alte planete, ceea ce înseamnă că limita roșie poate fi considerată o măsură a potențialului anumitor planete de a susține organismele fotosintetice.

Această ipoteză s-a schimbat în anul 2013, atunci când oamenii de ştiinţă au constatat că o cianobacterie, denumită Acaryochloris marina, conţine un alt tip de clorofilă, denumită „d”, care absoarbe radiaţii electromagnetice având lungimi de undă mai mari cu aproximativ 40 nanometri decât cele absorbite de clorofila de tipul a.

Acaryochloris marina a reprezentat un caz particular care i-a convins pe cercetători să caute şi alte tipuri de clorofilă care absorb radiaţii având lungimi de undă în afara limitei roşii stabilită pe baza clorofilei a.

În consecinţă, descoperirea clorofilei de tipul d a fost urmată, în scurt timp, de descoperirea clorofilei-f, un pigment care a extins spectrul lungimilor de undă al radiaţiilor electromagnetice pe care un organism le-ar putea absorbi până în domeniul infraroșu apropiat, corespunzător unor lungimi de undă mai mari de 760 nanometri.

Importanţa descoperirii clorofilei f nu a fost înţeleasă de la început, deoarece s-a crezut că acest pigment reprezintă doar 10% din pigmenții de absorbţie a radiaţiei solare din organismele fotosintetice în care se găseşte. Pur și simplu nu s-a crezut că aceasta are o contribuţie majoră în cadrul sistemelor de stocare a energiei.

Cu toate acestea, experimentele efectuate recent pe cianobacteria extremofilă Chroococcidiopsis thermalis au schimbat toate aceste presupuneri.

Cultivate în condiții normale de lumină, Chroococcidiopsis thermalis nu prezintă o absorbție a luminii și o fluorescență specială. În schimb, dacă sunt cultivate în condiţii de umbră și sub influenţa radiaţiei infraroșu, clorofila f are proprietăţi deosebite.

Credit: Dennis Nuernberg/Imperial College London.

„Noul tip de fotosinteză ne-a determinat să regândim ceea ce credeam că este posibil”, a declarat cercetătorul Bill Rutherford de la Imperial College London.

Deşi clorofila-f absoarbe în special radiaţiile având lungimi de undă mai mari de 760 nanometri, sub influenţa unor radiaţii din domeniul infraroșu/roșu îndepărtat clorofila-f absoarbe o cantitate mai mare de radiaţii având lungimi de undă în jur de 727 nanometri.

Conform cercetătorilor, Chroococcidiopsis thermalis se comportă neaşteptat în anumite condiţii de mediu. Poate că prin absorbţia unei cantități mai mici de energie în condiţii de umbră cianobacteria diminuează într-un fel pierderile de energie cauzate de condițiile de lumină variabilă.

Înţelegerea procesului biochimic ce se manifestă în cazul acestor cianobacterii ar putea contribui la dezvoltarea în viitor a unor plante mai rezistente, capabile să utilizeze mai bine condițiile de iluminare fluctuante. Acest lucru ar fi ideal pentru proiectarea unor alge şi a unor bacterii care să generează oxigenul necesar pentru terraformarea planetei Marte.

„Chiar dacă acest lucru ar putea părea o idee științifico-fantastică, agențiile spațiale și companiile private din întreaga lume încearcă, în mod activ, să transforme această aspirație în realitate într-un viitor cât mai apropiat”, a declarat chimistul Elmars Krausz de la Australian National University.

Nu putem uita nici de importanţa acestei descoperiri în ceea ce priveşte eforturile dedicate descoperirii vieţii extraterestre. Știind că „limita roșie” poate fi depăşită, poate că condiţiile necesare apariţiei şi dezvoltării vieţii pe alte planete vor trebui şi ele redefinite.

Această cercetare a fost publicată în Science.

Sursă: Science Alert