Falsch gefärbtes REM von Gemmatimonas phototrophica. (Jason Dean/Tschechische Akademie der Wissenschaften) Die Photosynthese hat unsere Welt im wahrsten Sinne des Wortes verändert. Pflanzen, die Sonnenlicht „fressen“ und Sauerstoff „ausatmen“, verwandelten die gesamte Erdatmosphäre in die Atmosphäre, die wir jetzt atmen, und versorgen unsere Ökosysteme mit Energie.
Jetzt haben Forscher mit gestohlener Photosynthese-Technologie eine raffinierte Bakterienart gefangen. Und ihr molekulares, lichtfressendes Gerät ist anders als alles, was wir je gesehen haben.
„Die Architektur des Komplexes ist sehr elegant. „Ein wahres Meisterwerk der Natur“, sagt Michal Koblizek vom Institut für Mikrobiologie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften. „Es verfügt nicht nur über eine gute strukturelle Stabilität, sondern auch über eine hohe Lichtsammeleffizienz.“
Wir wissen zwar von vielen photosynthetische Bakterien Schon jetzt, was in der Wüstensiedlung Gobi passiert Gemmatimonas phototrophica ist einzigartig.
Irgendwann in der Geschichte des Bakteriums hat es eine ganze Reihe von Genen für die Photosynthese von einem älteren Bakterium gestohlen Proteobakterium – ein völlig anderer Bakterienstamm.
Dies zeigt die Kraft der Bakterien horizontale Gentransferfähigkeiten (berüchtigt für seine Leichtigkeit Verbreitung von Antibiotikaresistenzen ), wodurch eine völlig andere Art von Organismus die Fähigkeit erlangte, Sonnenlicht zu fressen.
Dieser wissenschaftlich neue, hochstabile, Sonnenlicht einfangende Molekülkomplex verfügt über ein zentrales Reaktionszentrum, einen inneren, Sonnenlicht einfangenden Ring zuvor gesehen In andere Bakterien und ein neuer Typ Außenring.
Zusammengenommen machen diese drei Komponenten ihn größer als die zuvor beschriebenen Photosynthesekomplexe.
Gemmatimonas phototrophica Photosynthetischer Komplex. (Tristan I. Croll/Universität Cambridge)
Die äußeren Ringe fangen das Sonnenlicht ein, wobei der zusätzliche Ring Absorptionsbanden bei 800 und 816 nm zur Absorption des inneren Rings bei 868 nm hinzufügt. Anschließend leiten sie ihre eingefangenen Photonen nach unten zum Reaktionszentrum, wo die Chromophore , wie die grünen Chlorophyllpigmente in Pflanzen, kommen vor.
Hier findet die Photosynthese statt. Das eingefangene Sonnenlicht regt die Chromophore dazu an, ihre Elektronen auf einem Weg zu übertragen, der Atome aus Wasser zu einer Reihe von Reaktionen anregt, bei denen Kohlendioxid zur Bildung von Zuckern verwendet wird.
Die Lichtteilchen werden zu einem Teil der Bindungsenergie, die die Zuckermoleküle zusammenhält – dieselben, die wir Tiere dann aufbrechen können, um unsere Energie zu gewinnen.
G. phototrophica Das Reaktionszentrum ähnelt denen in Proteobakterien und weist die gleichen Chromophore wie in auf violette, sonnenlichtfressende Bakterien . Es unterscheidet sich jedoch von anderen bekannten Reaktionszentren durch eine einzigartige Anordnung stabilisierender Moleküle.
Während der Aufbau dieser photosynthetisierenden Struktur mehr Energie erfordern würde als bei anderen bekannteren Typen, erklären die Forscher „Dies könnte durch seine außergewöhnliche Stabilität ausgeglichen werden und die Robustheit des … Komplexes stellt wahrscheinlich einen evolutionären Vorteil dar.“
„Diese Struktur- und Funktionsstudie hat spannende Implikationen, weil sie dies zeigt.“ G. phototrophica hat unabhängig seine eigene kompakte, robuste und hochwirksame Architektur zur Gewinnung und Speicherung von Sonnenenergie entwickelt“, sagt Der Strukturbiologe Pu Qian von der University of Sheffield.
Eines Tages können wir vielleicht auch stehlen G. phototrophica uralte Geheimnisse der Photosynthese, um eine Zukunft mit Solarenergie aufzubauen synthetische Biologie .
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .