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.

A Bayer elkötelezett a fenntarthatóbb élelmiszer-termelési rendszer mellett

2019. október 15. 04:37

A Bayer tavaly az összes versenytársánál többet – pro forma számítások szerint 2,3 milliárd eurót – fordított Crop Science üzletága kutatás-fejlesztési tevékenységeire a mezőgazdaságban.

Növényekből is lehet műanyag

2021. október 26. 07:36

Tisztán kőolajszármazék-alapú erőforrások mellett növények felhasználásával részben helyettesíthetők a műanyagok, ami nagyban hozzájárulhat a fenntartható fejlődéshez. Ezt a területet kutatja dr. Lendvai László, a győri Széchenyi István Egyetem adjunktusa, aki elnyerte a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János-ösztöndíját.

A globális felmelegedés egyre több extrém zivatart hozhat

2021. április 3. 12:13

Egyes régiókban a hőmérséklet-emelkedés jobban befolyásolja a rövid ideig tartó, erős esőzések szélsőségeit, mint a légköri nedvesség növekedése önmagában.

Hol a legjövedelmezőbb Magyarországon kukoricát termeszteni?

2020. május 5. 08:45

Vetőmag, talajfertőtlenítő, növényvédő szer, műtrágya, lombtrágya, hogy csak a legfontosabb input anyagokat említsük. Egyesével sem könnyű dönteni, de ha komplex termesztéstechnológiáról beszélünk hozzávehetjük a talajmunkát, a vetőgépet, a permetezőgép fúvókáját, az aratást, betárolást is és sort szinte a végtelenségig folytathatnánk.