Cyjanobakterie, te wszechobecne niebiesko-zielone algi występujące wszędzie, od gorących źródeł po lód Arktyki, mają imponującą zdolność do rozwoju w różnorodnych środowiskach. Kluczowym czynnikiem wpływającym na ich zdolność adaptacji jest pochłaniająca światło struktura zwana fikobisomem. Podobnie jak miniaturowe anteny, struktury te wychwytują energię ze światła słonecznego, a także działają jak swego rodzaju filtr przeciwsłoneczny, chroniąc bakterie przed nadmiernym natężeniem światła.
Jednym z kluczowych składników tego systemu obronnego jest białko znane jako białko pomarańczowego karotenoidu (OCP). OCP działa poprzez „gaszenie” lub rozpraszanie nadmiaru energii świetlnej, która w przeciwnym razie uszkodziłaby mechanizm fotosyntezy niebiesko-zielonych alg. Mechanizm ten jest niezbędny do przetrwania nagłych wahań poziomu światła, chroniąc te maleńkie organizmy przed nagłymi rozbłyskami światła słonecznego lub zmieniającymi się warunkami pod wodą.
Chociaż naukowcy wiedzieli, że OCP odgrywa rolę w fotoprotekcji, dokładny sposób, w jaki oddziałuje on z fikobisomem, pozostawał niejasny. Dokładna lokalizacja OCP przymocowanego do tych złożonych struktur antenowych pozostaje tajemnicą, zwłaszcza biorąc pod uwagę różne różnice architektoniczne występujące wśród różnych gatunków niebiesko-zielonych alg.
Rozszyfrowanie sekretu lokalizacji „kremu przeciwsłonecznego”
Naukowcy z Uniwersytetu w Chicago i Michigan State University połączyli siły, aby rozwiązać tę zagadkę. Skoncentrowali się na dwóch architekturach fikobisomów – jednej z trzema beczkami i drugiej z pięcioma – badając, w jaki sposób OCP wiąże się z tymi różnymi strukturami. Korzystając z zaawansowanej technologii zwanej spektroskopią pojedynczych cząstek, udało im się śledzić transfer energii w nanoskali w każdej z dwóch odmian fikobisomu.
Ich wyniki, opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences, ujawniły niezwykłą adaptację: pomimo wiązania OCP w różnych miejscach w dwóch różnych strukturach fikobisomów, konsekwentnie zapewniał ten sam poziom wygaszenia ochronnego. Ta elastyczność sugeruje, że OCP mógł początkowo ewoluować, aby wiązać się w jednym określonym miejscu, ale z biegiem czasu rozwinął zdolność do skutecznego funkcjonowania w innych miejscach, w miarę zmiany architektury tych kompleksów antenowych.
System modułowy i adaptacyjny
Ta „równowaga pomiędzy modułowością a specyfiką miejsca” podkreśla główną zasadę projektowania natury: wydajność dzięki mechanizmom adaptacyjnym. System zapewnia elastyczność przy zachowaniu stałej produktywności. Badanie pokazuje, że OCP nie przyłącza się po prostu do pojedynczego miejsca w fikobisomie, ale wykazuje wyrafinowaną zdolność dostosowywania miejsca wiązania do różnych architektur.
Badanie to otwiera ekscytujące perspektywy dla przyszłych badań. Zespół Squire’a planuje zbadać inne mechanizmy ochronne w obrębie fikobisomu, w tym „przełączniki” i „bezpieczniki”, które regulują absorpcję i przepływ energii w odpowiedzi na zmieniające się warunki oświetleniowe. Zrozumienie, w jaki sposób te złożone elementy współdziałają, zapewni lepszy wgląd w niezwykłą odporność sinic i zainspiruje do opracowania nowych podejść biomimetycznych w celu projektowania bardziej adaptacyjnych roślin, a nawet technologii zrównoważonej energii.
