Ученые выяснили секрет массового улавливания углекислого газа

Диатомовые водоросли

Крошечные океанические диатомовые водоросли очень эффективно поглощают углекислый газ из окружающей среды. На самом деле на них приходится до 20 процентов всего поглощенного CO₂ на Земле, говорится в двух статьях международной команды ученых, опубликованных на Cell. Исследователи долго работали над тем, чтобы выяснить их секрет.

Смотрите также Земная атмосфера быстро насыщается парниковым газом, в 80 раз опаснее, чем углекислый

Диатомовые водоросли, хоть и невидимы невооруженным глазом, являются одними из самых продуктивных водорослей в океане, играя решающую роль в глобальном круговороте углерода. Благодаря фотосинтезу они превращают его в питательные вещества, которые поддерживают большую часть жизни в океане. Несмотря на их огромную роль, до сих пор оставалось загадкой, как диатомовые водоросли выполняют этот процесс так эффективно.

Теперь исследователи во главе с профессором Беном Энгелем из Биоцентра Базельского университета вместе с командами из Йоркского университета и Университета Квансей-Гакуин в Японии открыли белковую оболочку, которая имеет решающее значение для их способности так эффективно удерживать парниковые газы. Используя передовые методы визуализации, такие как криоэлектронная томография, они составили карту молекулярной структуры белковой оболочки PyShell и обнаружили ее функции.

PyShell и ключ к эффективному фотосинтезу

В растениях и водорослях фотосинтез происходит в хлоропластах. Внутри этих хлоропластов энергия солнечного света собирается тилакоидными мембранами, а затем используется специальным ферментом Rubisco для фиксации CO₂. Однако водоросли имеют преимущество: они упаковывают весь свой Rubisco в небольшие отсеки, называемые пиреноидами, где CO₂ может быть захвачен более эффективно.

Мы обнаружили, что пиреноиды диатомовых водорослей заключены в решетчатую белковую оболочку. PyShell не только придает пиреноиду форму, но и помогает создать высокую концентрацию углекислого газа в этом отсеке. Это позволяет Rubisco эффективно улавливать CO₂ из океана и превращать его в питательные вещества,
– говорит доктор Манон Демульдер, автор обоих исследований.

Эта схема показывает расположение ключевых элементов водоросли: тилакоидные мембраны, пиреноиды, Rubisco и PyShell / Фото Manon Demulder, Biozentrum, Universität Basel

Когда исследователи удалили PyShell из водорослей, их способность фиксировать CO₂ значительно ухудшилась, фотосинтез и рост клеток уменьшился.

Это показало нам, насколько важна раковина PyShell для эффективного улавливания углерода – процесса, который имеет решающее значение для жизни в океане и глобального климата,
– добавляет Манон Демульдер.

Что это нам дает на практике

Открытие PyShell может открыть перспективные пути для биотехнологических исследований, направленных на борьбу с изменением климата — одной из самых актуальных проблем современности.

Прежде всего, мы, люди, должны уменьшить наши выбросы углекислого газа, чтобы замедлить темпы изменения климата. Но пока мы не можем этого сделать, ученые ищут альтернативы, среди которых улавливание углерода из воздуха. Мы уже видели несколько технологий, которые предлагают строить заводы по сбору газа и преобразования его в твердое состояние для дальнейшего захоронения или использования в промышленности. Но этот естественный метод может сработать совершенно иным образом.

Газ, который мы выбрасываем сейчас, будет оставаться в атмосфере в течение поколений. Но это открытие может привести к биотехнологиям, которые улучшат фотосинтез как в самих диатомовых водорослях, так и у других растений. Теоретически мы могли бы вывести новые виды генномодифицированных растений (деревьев или трав), которые можно было бы высаживать массово по всему миру, чтобы очищать атмосферу от выбросов.