Biofizycy znaleźli odpowiedź na pytanie, dlaczego drzewa iglaste pozostają zielone przez cały rok. Powód - w krótkim cyklu fotosyntezy, na który przechodzą zimą, według autorów badania, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu w Umeå wraz z kolegami z Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie i kanadyjskiego Uniwersytetu Zachodniego Ontario rozszyfrowali mechanizm fotosyntezy w igłach sosny i odkryli, że zimą przebiega ona według skróconego cyklu.
Zimą energia świetlna jest pochłaniana przez cząsteczki zielonego chlorofilu, ale nie jest wykorzystywana w kolejnych reakcjach mechanizmu fotosyntezy, ponieważ niskie temperatury zatrzymują większość reakcji biochemicznych.
W jasnym słońcu i niskich temperaturach nadmiar energii świetlnej może uszkodzić białka mechanizmu fotosyntezy. Dlatego większość drzew zrzuca liście na zimę. Ale w sośnie lub świerku aparat fotosyntetyczny jest ułożony w specjalny sposób, dzięki czemu ich igły pozostają zielone przez cały rok.
„Obserwowaliśmy kilka sosen rosnących w Umeå w północnej Szwecji przez trzy sezony” – powiedział pierwszy autor artykułu, doktorant Pushan Bag w komunikacie prasowym z Uniwersytetu w Umeå, który przez cały rok pobierał próbki igieł i przeprowadzał analizy. okrągłe, że mogliśmy pracować z igłami „prosto z ulicy” tak, aby nie zdążyły przystosować się do wyższych temperatur w laboratorium zanim je przeanalizujemy np. za pomocą mikroskopii elektronowej, której użyliśmy do wizualizacji struktury błony tylakoidów”.
Autorzy stwierdzili, że zimą struktura błony tylakoidowej chloroplastów, w której zachodzą zależne od światła reakcje fotosyntezy, ulega reorganizacji, co prowadzi do pojawienia się fizycznego kontaktu między dwoma fotosystemami - jednostkami funkcjonalnymi, w których energia świetlna jest absorbowana i przekształcone w energię chemiczną.
Okazało się, że w ciepłych warunkach fotosystemy I i II znajdują się oddzielnie od siebie, aby zapewnić efektywną fotosyntezę, a zimą fotosystem II oddaje energię bezpośrednio do fotosystemu I. Igły sosnowe radzą sobie zatem z nadmiarem energii świetlnej i chronią swój wrażliwy aparat fotosyntetyczny przed uszkodzenia podczas ekstremalnej północnej zimy.
„Igły sosnowe dały nam możliwość zbadania tego wysoce adaptacyjnego mechanizmu skurczu lub rozlewania” – mówi autor badania Alfred Holzwarth z Free University of Amsterdam, który opracował specjalną metodę analizy fluorescencji na potrzeby projektu.
„Ta wspaniała adaptacja nie tylko sprawia, że jesteśmy szczęśliwi w czasie świąt Bożego Narodzenia, ale w rzeczywistości jest niezwykle ważna dla rozwoju człowieka” – kontynuuje profesor Stefan Jansson z Uniwersytetu w Umeå, który kierował badaniem – „Gdyby drzewa iglaste nie mogły przetrwać w surowym klimacie zimowym, rozległe obszary półkula północna mogła nie być skolonizowana przez ludzi, ponieważ drzewa iglaste zapewniały drewno opałowe, schronienie i inne niezbędne artykuły. A dziś stanowią podstawę gospodarki większości krajów okołobiegunowych.
Autorzy zauważają, że badanie przeprowadzono na sosnach, ale uważają, że podobny mechanizm dotyczy innych rodzajów drzew iglastych.