Ikerketa berri batek erakutsi du itsasoko mikrobioek mintz gehigarri bat erabiltzen dutela, noizbait digestio funtzioak izan zituena, fotosintesiaren errendimendua handitzeko.
Fotosintesia aipatzean burura datorren lehenengo gauza oihan tropikal sarri bat izan liteke, edo lurreko beste landaredi berde bat agian. Hala ere, ozeanoak betetzen dituzten fitoplankton hodeiak dira prozesu horren bultzatzaile nagusiak naturan. Landareen antzeko uretako mikrobio zelulabakarrek atmosferaren oxigenoaren % 50 baino gehiago sortzen dute, eta karbono dioxidoaren ia erdia xurgatzen dute, ondoren glukosa, koipeak, proteinak eta ozeanoen elikadura sarea hornitzen duten beste molekula organiko batzuk bihurtzeko.
Current Biology aldizkarian argitaratu berri den azterlan batek aurrekaririk gabeko efizientzia fotosintetiko horren iturria zehaztu du, zientzialariak aspalditik harritu izan dituena. Ikerketa berriak erakutsi zuenez, fitoplanktonetako batzuek barne mintz gehigarri bat dute, «protoi bonba» entzima bat daramana, karbono dioxidoa beste substantzia batzuk bihurtzeko duten gaitasuna indartzen duena. Badirudi proteina aldaketa horren ondoriozko hobekuntzek aireko oxigenoaren ia % 12 eta ozeanoan «finkatutako» (konposatu organikoetan blokeatutako) karbono guztiaren % 25 ekoizten laguntzen dutela.
Harrigarria bada ere, badirudi berrikuntza fotosintetiko horrek kasualitatez eboluzionatu duela, fitoplanktonaren arbasoak digestiorako erabiltzen zuen mintz proteina batetik abiatuta. Fotosintesian zelulen efizientzia azaltzeaz gain, lan berriari esker, baieztatu liteke fitoplankton hori protozoo baten eta alga gorri erresiliente baten arteko aliantza sinbiotiko batetik sortu zela.
«Harrigarria iruditzen zait duela hamarkada askotatik ezagutzen dugun protoi entzima bat Lurrean hain fenomeno erabakigarria mantentzearen erantzule izatea», dio Dennis Brown, Harvardeko Medikuntza Eskolako biologo zelularrak; mintz proteinen funtzioak aztertzen ditu, eta ez da azterlanean inplikatuta egon.
Ikertzaileek bazekiten fitoplankton mota jakin batzuk (diatomeoak, dinoflagelatuak eta kokolitoforoak) beren gaitasun fotosintetiko bikainengatik nabarmentzen direla. Zelula horiek oso trebeak dira ingurunetik karbono dioxidoa xurgatzen eta kloroplastoetara bideratzen fotosintesirako, baina horretan hain onak izatearen arrazoi zehatzak ez zeuden oso argi. Hala ere, fitoplankton talde horien ezaugarri bereizgarri bakarra da beren kloroplastoen inguruan mintz gehigarri bat dutela.
Duela zazpi urte, Daniel Yee mikrobiologoa, azterlan berriaren lehen egilea, diatomeoak ikasten ari zen San Diegon, Kaliforniako Unibertsitateko Scripps Ozeanography Erakundean doktoretza egiteko. Haren aztergaia ez zen fotosintesia; ulertu nahi zuen diatomeoek barne azidotasuna nola erregulatzen zuten mantenugaiak biltegiratzen laguntzeko eta silize horma zelular erresistentea eraikitzeko. Baina behin eta berriz egiten zuen topo kloroplasto inguruko mintz gehigarriarekin.
Ikasi zuen mintz gehigarri hori digestio ekintza zahar baten hondar huts gisa hartzen zutela, oro har, ikertzaileek. Zientzialariek hipotesi hau planteatu zuten: duela 200 bat milioi urte, protozoo harrapari batek oturuntza bat egin nahi izan zuen alga fotosintetiko zelulabakar batekin. Protozooak alga erresilientea janari bakuolo izeneko mintzezko egitura batean bildu zuen digeritzeko, baina, arrazoi ezezagunengatik, digestioa ez zen gertatu. Horren ordez, alga bizirik atera, eta protozooaren lagun sinbiotiko bihurtu zen, eta haren fotosintesiaren fruituekin elikatzen zuen. Elkartze hori estuagoa egin zen belaunaldiz belaunaldi; bi batean erako organismo berriak eboluzionatu egin zuen, gaur egun ezagutzen ditugun diatomeoak bihurtzeraino. Baina janari bakuoloa izandako mintz geruza gehigarria ez zen desagertu.
1990eko hamarkadaren amaieran, zientzialari batzuek hipotesi hau planteatu zuten: litekeena zen janari bakuolo izandakoak artean mintzez gaindiko proteina bat izatea, protoi bonba deritzona. Protoi bonbak oso molekula moldakorrak dira, organismoetan hainbat zereginetan espezializatu daitezkeenak, digestiotik hasi eta odolaren azidotasuna erregulatu eta neuronei seinaleak bidaltzen laguntzeraino. Martin Tresguerres mikrobiologoak azaldu du; azterlan berriaren egilekide nagusia eta Yeeren tesiaren zuzendari izandakoa da UCSDn. Ugaztunetan, protoi bonben mota batek oso korrosiboak diren baldintza azidoak sor ditzake hezurren eremuetan, haien egitura mineralizatua deskonposatzeko eta denborarekin disolbatzeko.
Yee konturatu zen protoi bonbak berak ere laguntzen diela diatomeoei silizezko oskol erresistentea fabrikatzen. Baina protoi bonbaren aldakortasuna eta kloroplastoarekin duen zuzeneko lotura kontuan hartuta, konbentzituta zegoen zer edo zer gehiago egiten zuela.
Biologia molekularreko tekniken konbinazio bat erabiliz, Yeek eta bere taldea baieztatu zuten fitoplanktonaren kloroplastoaren inguruko mintz gehigarriak protoi bonba aktibo eta funtzional bat duela, VHA izenekoa, eta sarritan funtzio digestiboa betetzen duela janari bakuoloetan. Are gehiago, protoi bonba proteina fluoreszente batekin fusionatu zuten, denbora errealean funtzionatzen ikusi ahal izateko. Haien behaketek teoria endosinbiotikoa babestu zuten; hots, diatomeoek kloroplastoen inguruan mintz gehigarria eskuratu zuten modua.
Yeek, Tresguerresek eta euren lankideek, gainera, jakin nahi zuten protoi bonbak nola eragin ziezaiokeen kloroplastoaren jarduera fotosintetikoari. Hori jakiteko, farmako inhibitzaile bat erabili zuten, A konkanamizina, protoi bonbaren funtzionamendua gelditzeko; bitartean, fitoplanktonak zenbat karbono hartzen jarraitzen zuen kontrolatzen zuten, karbonatoak eratuz eta oxigenoa sortuz. Ikusi zutenez, protoi bonbaren inhibizioak nabarmen murriztu zuen bai karbono finkapena, baita zeluletako oxigeno ekoizpena ere.
Lan osagarriekin, ulertu zuten bonbak fotosintesia hobetzen zuela, karbonoa kloroplastoetatik hurbil kontzentratzen baitzuen. Bonbak protoiak transferitzen zituen zitoplasmatik mintz estraren eta kloroplastoaren arteko espaziora. Konpartimentu horretan azidotasuna handitzen zenez, karbono gehiago zabaltzen zen konpartimentuan (bikarbonato ioi gisa), hura neutralizatzeko. Entzimek bikarbonatoa berriz ere karbono dioxido bihurtzen zuten; kloroplastoaren karbonoa finkatzeko entzimetatik gertu zegoen orduan karbono dioxidoa, komeni zen bezala.
Diatomeoen banaketari buruzko estatistikak eta ozeano global osoan mintz gehigarria duen beste fitoplankton bat erabiliz, ikertzaileek ondorioztatu zuten VHA mintz proteinaren efizientzia handitzeak Lurreko oxigeno atmosferikoaren ia % 12 ordezkatzen duela. Urtero finkatutako karbono ozeaniko guztiaren % 7 eta % 25 arteko ekarpena ere egiten du. Alegia, gutxienez 3.500 milioi tona karbono, munduko abiazioak urtero igortzen duena baino ia lau aldiz gehiago. Ikertzaileen estimazioaren goi muturrean, VHA urtean 13.500 milioi tona karbono atxikitzearen erantzule izan liteke.
Zientzialariek, orain, faktore hori beste gogoeta batzuei gehitu diezaiekete, atmosferako karbono dioxidoak molekula organikoetan finkatzeko duen azkartasunean klima aldaketak dituen ondorioak zenbatestean, eta horrek zehazten du planetak zer abiaduratan jarraituko duen berotzen. Beste eztabaida batekin ere lotzen da: ea ozeanoaren azidotasunean gertatzen diren aldaketek karbonoa finkatzeko eta oxigenoa ekoizteko tasetan zuzenean eragingo ote duten. Yeek dioenez, zientzialariak pentsatzen has daitezke ea aurkitu berri den mekanismoan oinarritutako soluzio bioteknologikoek karbonoa bahitzeko prozesua hobetu dezaketen, klima aldaketa mugatzeko.
Yee doktoratu ondoko bekaduna da orain Grenobleko Ikerketa Zientifikoko Frantziako Zentro Nazionaleko Zelulen eta Landareen Fisiologiako Laborategian, eta harro dago bere taldeak mekanismo berri bat eskaini ahal izan duelako ikuspuntu ekologikotik hain garrantzitsua den izaki fotosintesia nola gertatzen den jakiteko.
“Baina, aldi berean, ohartzen gara”, dio, “zenbat eta gehiago ikasi, orduan eta gutxiago dakigula”.
Jatorrizko artikulua:
Saugat Bolakhe (2023). Microbes Gained Photosynthesis Superpowers From a ‘Proton Pump’, Quanta Magazine, 2023ko uztailaren 5a. Quanta Magazine aldizkariaren baimenarekin berrinprimatua.