Цянobacteria, эти вездесущие голубо-зеленые водоросли, которые встречаются повсюду, от горячих источников до арктического льда, обладают впечатляющей способностью процветать в самых разнообразных средах. Ключевым фактором их адаптивности является структура поглощения света, называемая фикобисомой. Подобно миниатюрным антеннам, эти структуры улавливают энергию от солнечного света и также служат своего рода солнцезащитным кремом, защищая бактерий от чрезмерной интенсивности света.
Одним из критически важных компонентов этой защитной системы является белок, известный как оранжевый каротиноїдный протеин (ОКП). ОКП действует путем «гашения» или рассеивания избыточной световой энергии, которая могла бы повредить фотосинтетическую машину сине-зеленых водорослей. Этот механизм жизненно важен для выживания при резких колебаниях уровня освещенности, защищая этих крошечных организмов от внезапных вспышек солнца или изменения условий под водой.
Хотя ученые знали, что ОКП играет роль в фотозащите, точный способ его взаимодействия с фикобисомой оставался неясным. Точное местоположение, где ОКП прикреплялся к этим сложным антенным структурам, представляло собой загадку, особенно учитывая различные архитектурные вариации, встречающиеся среди разных видов сине-зеленых водорослей.
Расшифровка тайны расположения «солнцезащитного крема»
Ученые из Чикагского университета и Мичиганского государственного университета объединили усилия, чтобы разгадать эту головоломку. Они сосредоточились на двух архитектурах фикобисомы – одной с тремя бочонками и другой с пятью – исследуя, как ОКП связывался с этими различными структурами. Используя передовую технологию, называемую спектроскопией одиночных частиц, они смогли отследить передачу энергии на наноуровне в каждой из двух разновидностей фикобисомы.
Их результаты, опубликованные в «Proceedings of the National Academy of Sciences», выявили замечательную адаптацию: несмотря на то, что ОКП связывался в разных местах внутри двух различных структур фикобисомы, он постоянно обеспечивал одинаковый уровень защитного гашения. Эта гибкость говорит о том, что ОКП могло первоначально эволюционировать для связывания в одном конкретном месте, но со временем развило способность эффективно функционировать на других участках по мере изменения архитектуры этих антенных комплексов.
Модульная и адаптивная система
Этот «баланс между модулярностью и специфичностью локации» подчеркивает главный принцип дизайна природы: эффективность за счет адаптивных механизмов. Система обеспечивает гибкость при одновременном сохранении постоянной производительности. Исследование показывает, что ОКП не просто крепится к одному месту внутри фикобисомы, но демонстрирует сложную способность адаптировать свое место связывания для соответствия различным архитектурным решениям.
Это исследование открывает увлекательные перспективы для будущих исследований. Команда Сквайр планирует изучить другие защитные механизмы в составе фикобисомы, включая «переключатели» и «предохранители», которые регулируют поглощение и поток энергии в ответ на изменяющиеся световые условия. Понимание того, как эти сложные элементы работают вместе, позволит получить более глубокие знания о замечательной выносливости сине-зеленых водорослей и вдохновит на разработку новых биомиметических подходов для проектирования более адаптивных растений и даже устойчивых энергетических технологий.
