Учені з'ясували секрет масового уловлювання вуглекислого газу

Діатомові водорості

Крихітні океанічні діатомові водорості дуже ефективно поглинають вуглекислий газ із навколишнього середовища. Насправді на них припадає до 20 відсотків усього поглинутого CO₂ на Землі, йдеться у двох статтях міжнародної команди вчених, опублікованих на Cell. Дослідники довго працювали над тим, щоб з'ясувати їхній секрет.

Діатомові водорості, хоч і невидимі неозброєним оком, є одними з найпродуктивніших водоростей в океані, відіграючи вирішальну роль у глобальному кругообігу вуглецю. Завдяки фотосинтезу вони перетворюють його на поживні речовини, які підтримують більшу частину життя в океані. Попри їхню величезну роль, досі залишалося загадкою, як діатомові водорості виконують цей процес так ефективно.

Тепер дослідники на чолі з професором Беном Енгелем з Біоцентру Базельського університету разом з командами з Йоркського університету та Університету Квансей-Гакуін у Японії відкрили білкову оболонку, яка має вирішальне значення для їхньої здатності так ефективно утримувати парникові гази. Використовуючи передові методи візуалізації, такі як кріоелектронна томографія, вони склали карту молекулярної структури білкової оболонки PyShell і виявили її функції.

PyShell і ключ до ефективного фотосинтезу

У рослинах і водоростях фотосинтез відбувається у хлоропластах. Всередині цих хлоропластів енергія сонячного світла збирається тилакоїдними мембранами, а потім використовується спеціальним ферментом Rubisco для фіксації CO₂. Однак водорості мають перевагу: вони упаковують весь свій Rubisco в невеликі відсіки, які називаються піреноїдами, де CO₂ може бути захоплений більш ефективно.

Ми виявили, що піреноїди діатомових водоростей укладені в решітчасту білкову оболонку. PyShell не лише надає піреноїду форму, але й допомагає створити високу концентрацію вуглекислого газу в цьому відсіку. Це дозволяє Rubisco ефективно вловлювати CO₂ з океану та перетворювати його на поживні речовини,
– каже доктор Манон Демульдер, автор обох досліджень.

Ця схема показує розташування ключових елементів водорості: тилакоїдні мембрани, піреноїди, Rubisco і PyShell / Фото Manon Demulder, Biozentrum, Universität Basel

Коли дослідники видалили PyShell з водоростей, їхня здатність фіксувати CO₂ значно погіршилася, фотосинтез та ріст клітин зменшився.

Це показало нам, наскільки важливою є мушля PyShell для ефективного уловлювання вуглецю – процесу, який має вирішальне значення для життя в океані та глобального клімату,
– додає Манон Демульдер.

Що це нам дає на практиці

Відкриття PyShell може відкрити перспективні шляхи для біотехнологічних досліджень, спрямованих на боротьбу зі зміною клімату — однією з найактуальніших проблем сучасності.

Перш за все, ми, люди, повинні зменшити наші викиди вуглекислого газу, щоб уповільнити темпи зміни клімату. Але поки ми не можемо цього зробити, вчені шукають альтернативи, серед яких уловлювання вуглецю з повітря. Ми вже бачили кілька технологій, які пропонують будувати заводи зі збору газу й перетворення його у твердий стан для подальшого захоронення або використання в промисловості. Але цей природний метод може спрацювати геть іншим чином.

Газ, який ми викидаємо зараз, залишатиметься в атмосфері протягом поколінь. Але це відкриття може призвести до біотехнологій, які покращать фотосинтез як у самих діатомових водоростях, так і у інших рослин. Теоретично ми могли б вивести нові види генномодифікованих рослин (дерев чи трав), які можна було б висаджувати масово по всьому світу, щоб очищувати атмосферу від викидів.