Cyanobacteria, ganggang biru-hijau yang banyak ditemukan di mana-mana mulai dari sumber air panas hingga es Arktik, memiliki kemampuan luar biasa untuk berkembang di berbagai lingkungan. Pemain kunci dalam kemampuan beradaptasi mereka adalah struktur pemanen cahaya yang disebut phycobilisome. Bertindak seperti antena mini, struktur ini menangkap energi dari sinar matahari dan juga berfungsi sebagai semacam tabir surya, melindungi bakteri dari intensitas cahaya yang berlebihan.
Salah satu komponen penting dalam sistem perlindungan ini adalah protein yang dikenal sebagai protein karotenoid jeruk (OCP). OCP bertindak dengan “memadamkan” atau menghilangkan energi cahaya berlebih yang dapat merusak mesin fotosintesis cyanobacteria. Mekanisme ini sangat penting untuk kelangsungan hidup ketika tingkat cahaya berfluktuasi secara drastis, melindungi organisme kecil ini dari sengatan matahari yang tiba-tiba atau perubahan kondisi bawah air.
Meskipun para ilmuwan mengetahui bahwa OCP berperan dalam proteksi foto, bagaimana tepatnya OCP berinteraksi dengan phycobilisome masih belum jelas. Lokasi spesifik di mana OCP menempel pada struktur antena kompleks ini masih menjadi misteri, terutama mengingat berbagai variasi arsitektur yang ditemukan pada spesies cyanobacteria yang berbeda.
Menguraikan Lokasi Rahasia Tabir Surya
Para peneliti dari Universitas Chicago dan Universitas Negeri Michigan bekerja sama untuk mengungkap teka-teki ini. Mereka fokus pada dua arsitektur phycobilisome – satu dengan tiga barel dan satu lagi dengan lima – menyelidiki bagaimana OCP terikat pada struktur berbeda ini. Dengan menggunakan teknologi mutakhir yang disebut spektroskopi partikel tunggal, mereka mampu melacak transfer energi pada tingkat skala nano dalam setiap jenis phycobilisome.
Temuan mereka, yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, mengungkapkan adaptasi yang luar biasa: meskipun mengikat di lokasi berbeda dalam dua struktur phycobilisome yang berbeda, OCP secara konsisten memberikan tingkat pendinginan pelindung yang sama. Kemampuan beradaptasi ini menunjukkan bahwa OCP mungkin pada awalnya berevolusi untuk mengikat di satu lokasi tertentu, namun seiring berjalannya waktu, ia mengembangkan kapasitas untuk berfungsi secara efektif di lokasi lain seiring dengan perubahan arsitektur kompleks antena ini.
Sistem Modular dan Adaptif
“Keseimbangan antara modularitas dan kekhususan lokasi” ini menyoroti prinsip utama dalam rancangan alam: efisiensi melalui mekanisme yang dapat disesuaikan. Sistem ini memungkinkan fleksibilitas sambil mempertahankan kinerja yang konsisten. Studi ini menunjukkan bahwa OCP tidak hanya menempel pada satu titik di dalam phycobilisome, namun menunjukkan kemampuan canggih untuk menyesuaikan lokasi pengikatannya agar sesuai dengan desain arsitektur yang berbeda.
Penelitian ini membuka jalan menarik untuk eksplorasi masa depan. Squires dan timnya berencana untuk menyelidiki mekanisme perlindungan lain dalam phycobilisome, termasuk “saklar” dan “sekering” yang mengatur penangkapan dan aliran energi sebagai respons terhadap perubahan kondisi cahaya. Memahami bagaimana elemen-elemen rumit ini bekerja sama akan memberikan wawasan yang lebih dalam mengenai ketahanan cyanobacteria yang luar biasa dan menginspirasi pendekatan biomimetik baru untuk merekayasa tanaman yang lebih mudah beradaptasi dan bahkan teknologi energi berkelanjutan.
