Ціанобактерії, ці всюдисущі синьо-зелені водорості, які зустрічаються скрізь, від гарячих джерел до арктичних льодів, мають вражаючу здатність процвітати в різноманітних середовищах. Ключовим фактором їх адаптивності є світлопоглинаюча структура, яка називається фікобісомою. Як і мініатюрні антени, ці структури вловлюють енергію сонячного світла, а також діють як свого роду сонцезахисні засоби, захищаючи бактерії від надмірної інтенсивності світла.
Одним з найважливіших компонентів цієї захисної системи є білок, відомий як помаранчевий каротиноїдний білок (OCP). OCP працює шляхом «гасіння» або розсіювання надлишку світлової енергії, яка інакше пошкодила б фотосинтетичний механізм синьо-зелених водоростей. Цей механізм життєво важливий для того, щоб вижити при раптових коливаннях рівня освітлення, захищаючи ці крихітні організми від раптових спалахів сонячного світла або зміни умов під водою.
Хоча вчені знали, що OCP відіграє певну роль у фотозахисті, точний спосіб, яким він взаємодіє з фікобісомою, залишався неясним. Точне розташування OCP, прикріпленого до цих складних конструкцій антени, було загадкою, особливо враховуючи різні архітектурні варіації, виявлені серед різних видів синьо-зелених водоростей.
Розшифровка секрету розташування «сонцезахисного крему»
Вчені з Університету Чикаго та Університету штату Мічиган об’єдналися, щоб вирішити цю загадку. Вони зосередилися на двох архітектурах фікобісом — одна з трьома бочками, а інша — з п’ятьма — досліджуючи, як OCP зв’язується з цими різними структурами. Використовуючи передову технологію під назвою одночастинкова спектроскопія, вони змогли відстежити передачу енергії на нанорозмірі в кожному з двох різновидів фікобісом.
Їх результати, опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences, виявили дивовижну адаптацію: незважаючи на зв’язування OCP у різних місцях у двох різних структурах фікобісом, він постійно забезпечував однаковий рівень захисного гасіння. Ця гнучкість свідчить про те, що OCP, можливо, спочатку еволюціонував для зв’язування з одним конкретним сайтом, але з часом розвинув здатність ефективно функціонувати на інших сайтах, оскільки архітектура цих антенних комплексів змінилася.
Модульна та адаптивна система
Цей «баланс між модульністю та специфікою місця» підкреслює головний природний принцип проектування: ефективність через механізми адаптації. Система забезпечує гнучкість при збереженні постійної продуктивності. Дослідження показує, що OCP не просто прикріплюється до одного місця всередині фікобісоми, але демонструє складну здатність адаптувати свій сайт зв’язування відповідно до різних архітектур.
Це дослідження відкриває захоплюючі перспективи для майбутніх досліджень. Команда Сквайра планує вивчити інші захисні механізми всередині фікобісоми, включаючи «перемикачі» та «запобіжники», які регулюють поглинання енергії та потік у відповідь на зміну умов освітлення. Розуміння того, як ці складні елементи працюють разом, дозволить краще зрозуміти дивовижну стійкість синьо-зелених водоростей і надихне на розробку нових біоміметичних підходів для створення більш адаптивних рослин і навіть технологій стійкої енергії.
