34℃ 21℃
július 23. Lenke, Brigitta, Apollinár
Növénytermesztés

A fotoszintézis még mindig tartogat titkokat

Agrofórum Online

Egy úttörő felfedezés során a kutatók sikeresen „feltörték” a fotoszintézis kezdeti fázisait – azt a természetes folyamatot, amely a földi élővilág többségének működéséhez szükséges. Azáltal, hogy az ebből a folyamatból történő energia-kinyerés új módszerét felfedezték, az eredmények a jövőben utat nyithatnak a tiszta üzemanyagok és a megújuló energiaforrások előállítása előtt.

Nem tudtunk annyit a fotoszintézisről, mint gondoltuk, így az új elektronátviteli útvonal, amit felfedeztünk, egészen meglepő

– mondta a kutatást irányító Dr. Jenny Zhang a cambridge-i Yusuf Hamied Kémiai Tanszékről.

A Cambridge-i Egyetem vezetésével egy fizikusokból, kémikusokból és biológusokból álló nemzetközi csapat képes volt a fotoszintézist – azt a folyamatot, amelynek során a növények, algák és egyes baktériumok a napfényt energiává alakítják – élő sejtekben ultrarövid időskálán: a másodperc milliomod része alatt tanulmányozni.

Bár ez az egyik legismertebb és legjobban tanulmányozott folyamat a Földön, a kutatók úgy vélik, hogy a fotoszintézis még mindig tartogat titkokat. Az energiamozgást vizsgáló ultragyors spektroszkópiai módszerek segítségével a kutatók megállapították, hogy azok a vegyi anyagok, amelyek képesek elektronokat kivonni a fotoszintézisért felelős molekulaszerkezetekből, ezt már a kezdeti szakaszokban megteszik, nem pedig jóval később, ahogyan azt korábban gondolták. Az így „átalakított” fotoszintézis hatékonyabbá teheti a többletenergia kezelését, és új, hatékonyabb lehetőségeket teremthet a fotoszintézis energiafelhasználására. Az eredményekről a Nature című folyóirat március 22-i számában számoltak be.

Bár a fotoszintézis természetes folyamat, a tudósok azt is tanulmányozzák, hogyan lehetne ezt a jelenséget az éghajlati válság kezelésére felhasználni, a fotoszintézis folyamatainak utánzásával, például úgy, hogy a napfényből és a vízből tiszta üzemanyagot állítanak elő.

Zhang és kollégái kezdetben azt próbálták megérteni, hogy miért képes a kinon nevű gyűrű alakú molekula elektronokat „elcsenni” a fotoszintézis során. A kinonok gyakoriak a természetben, és könnyen tudnak elektronokat felvenni és leadni. Ezért a kutatók egy ultrarövid tranziens abszorpciós spektroszkópiának nevezett eljárást alkalmaztak annak tanulmányozására, hogyan viselkednek a kinonok a fotoszintetizáló cianobaktériumokban.

Azt még senki sem tanulmányozta igazán, hogy ez a molekula miként lép kölcsönhatásba a fotoszintetikus rendszerekkel a fotoszintézis ilyen korai szakaszában: azt hittük, hogy csak egy új módszert használunk arra, hogy megerősítsük azt, amit már addig is tudtunk. Ehelyett egy teljesen új útvonalat találtunk, ezáltal egy kicsit még jobban feltártuk a fotoszintézis fekete dobozát

– magyarázta Zhang.

A tudósok ultrarövid idejű spektroszkópiát alkalmaztak az elektronok megfigyelésére, és megállapították, hogy a fotoszintézis kezdeti kémiai reakcióit végző fehérje „lyukas”, így az elektronok el tudnak szökni. Ez a szivárgás segíthet a növényeknek megvédeni magukat az erős vagy gyorsan változó fény okozta károsodástól.

– A fotoszintézis folyamatainak vizsgálata igencsak lenyűgöző – mondta Tomi Baikie, a Cambridge-i Cavendish Laboratórium munkatársa. – Általában szigorúan szabályozott anyagokon dolgozunk, de a sejteken belüli töltésátvitel megfigyelése rendkívüli lehetőségeket nyit meg a természet működésének új felfedezései előtt.

– Mivel a fotoszintézisből származó elektronok szétszóródnak a rendszer egészében, ez azt jelenti, hogy hozzáférhetővé válnak – tette hozzá Dr. Laura Wey, a kutatás egyik vezető szerzője, aki a Biokémiai Tanszéken végezte a munkát, és jelenleg a finnországi Turkui Egyetemen dolgozik. – Az a tény, hogy eddig nem tudtunk ennek a folyamatnak a létezéséről, izgalmas, hiszen így még több energiát nyerhetünk belőle a megújuló energiaforrások számára.

A kutatók szerint az, hogy a fotoszintézis folyamatának egy korábbi szakaszában már képesek lennénk kivonni a töltést, hatékonyabbá tehetné a folyamatot a fotoszintetikus folyamatok módosításakor, amelynek segítségével tiszta üzemanyagokat lehetne előállítani a Nap energiájából. Ezen túlmenően a fotoszintézis szabályozásának lehetősége azt is jelenthetné, hogy a növényeket alkalmasabbá tehetnénk arra, hogy tolerálják az intenzív napfényt.

Sok tudós próbált már a fotoszintézis egy korábbi szakaszában elektronokat kivonni, de akkor még úgy vélték, hogy ez nem lehetséges, mert az energia túlságosan mélyen beépül a fehérjeszerkezetbe. Az a tény, hogy mi most már képesek vagyunk egy korábbi szakaszban kinyerni őket, észbontó. Először azt hittük, hogy hibát követtünk el: időbe telt, mire meggyőződtünk róla, hogy tényleg sikerült

– mesélte Zhang.

A felfedezés kulcsa az ultragyors spektroszkópiai módszer alkalmazása volt, amely lehetővé tette a kutatók számára, hogy femtoszekundumos – a másodperc ezredrészének trilliomod részének megfelelő – skálán kövessék az energiaáramlást az élő fotoszintetikus sejtekben.

– Ezeknek az ultragyors módszereknek a használata lehetővé tette számunkra, hogy jobban megértsük a fotoszintézis kezdeti mozzanatait, amelytől a Föld élővilága is nagyban függ – hangsúlyozta Christopher Howe professzor, a biokémiai tanszék munkatársa.

Forrás: https://scitechdaily.com/ingenious-photosynthesis-hack-paves-way-for-renewable-energy-breakthroughs/

Agrofórum Hírlevél
Iratkozzon fel az Agrofórum hírlevélre!

A feliratkozást követően a rendszer egy megerősítő emailt fog küldeni a megadott email címre. Ha nem érkezne meg a levél, kérjük nézze meg a spam vagy Gmail esetén a Promóciók és az Összes levél mappát.

A cirok gyomirtásának kihívásai + videó

2025. június 27. 16:10

A cirok növényvédelmi kihívásainak zömét a gyommentesítés képezi. Soron következő videónkban ezt a témakört járjuk körbe - A tábla széléről.

Változik a szabályozás: átláthatóbb vízhasználat a cél

2025. június 20. 14:10

2025 júniusától új rendelet szabályozza a mezőgazdasági kutak engedélyezését, de a háztartási kutak többségét továbbra sem érinti a változás.

Szója, ami „beszél”: érzékelők figyelik az egészségét

2025. június 15. 13:10

Szenzorokkal „megszólal” a szója: amerikai kutatók olyan eszközöket fejlesztettek, melyek a növények állapotát közvetlenül mérik.

Burgonya fókuszban – jövőépítés nemzetközi szemlélettel

2025. június 4. 16:10

A burgonya világnapjához kapcsolódó szakmai konferencián hazai és európai szakértők vitatták meg a termesztés, kereskedelem és fogyasztás aktuális kihívásait és lehetőségeit.

Dr. Gyuricza Csabát nevezték ki a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem rektorának

2021. május 27. 04:37

Áder János köztársasági elnök Gyuricza Csabát nevezte ki a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (MATE) rektorának, a kinevezés 2021. május 1-től 2026. április 31-ig terjedő időtartamra szól.

A poloskák egyszerű módszerrel tarthatók távol

2023. augusztus 29. 09:10

Legalábbis ez derül ki abból a kutatásból, amelyet az ELKH Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) és a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (MATE) munkatársai a közelmúltban végeztek.

Homoki prérifű: futótűzként terjed homokterületeinken az új inváziós fűfaj

2019. október 16. 05:36

A homoki prérifüvet 2017 óta számos helyen találták meg a kiskunsági homokterületeken, ahol korábbi parlagokon és elsődleges homoki gyepekben fordul elő, valamint Debrecen belterületén, fajszegény leromlott gyepekben megtelepedve, gyakorlatilag egynemű, összefüggő foltokat, néhol többhektáros állományokat képez.

Málnatermesztés agrárerdészeti módszerekkel?

2023. április 18. 10:41

A MATE Kertészettudományi Intézet Gyümölcstermesztési Kutatóközpont Fertődi Kutatóállomásán napjaink meteorológiai szélsőségeinek kiküszöbölésére technológiai kísérletekben, árnyékolási rendszerekben, agrárerdészeti módszerekkel keresik a megoldást a szélsőségek tompítására.