Фотосинтезуючі водорості еволюціонують, розвиваючи унікальні пігменти для захисту від сонячного світла та підвищення енергетичної ефективності

Секрети фотозахисту морських зелених водоростей від надмірного сонячного світла

Морські зелені водорості мають дивовижний захист від шкідливого впливу надмірного сонячного світла. Дослідження, проведене Osaka Metropolitan University спільно з міжнародними партнерами, виявило, що пігмент під назвою сифонеїн діє як потужний захисний екран, дозволяючи водоростям підтримувати ефективний процес фотосинтезу без ризику пошкоджень від надмірної експозиції світла.

Дослідження було зосереджене на морській водорості Codium fragile, яка, як і наземні рослини, має комплекси для поглинання світла, оснащені хлорофілом для абсорбції сонячних променів. Однак, Codium fragile унікальна завдяки використанню особливих каротиноїдів, зокрема сифонеїну та сифонанксантину, які ефективно використовують зелене світло під водою.

Роль каротиноїдів у фотозахисті

“Організми використовують каротиноїди для швидкого розсіювання надмірної енергії або гасіння цих триплетних станів через процес, званий триплет-триплет передача енергії (TTET)”, пояснила Ріцуро Фудзії, доцент Osaka Metropolitan University. За допомогою спеціалізованого методу електронної парамагнітної резонансної спектроскопії, команда безпосередньо спостерігала, що каротиноїди Codium fragile ліквідують потенційно небезпечні триплетні стани хлорофілу значно ефективніше, ніж у шпинатних рослинах.

Науковці з’ясували, що розташування сифонеїну в структурі антени для збору світла є ключовим для цього процесу енергорозсіювання. Крім того, квантова хімічна симуляція підтвердила важливість електронної структури в запобіганні окислювальної шкоди, одночасно поліпшуючи фотосинтетичні показники.

Біоінспіровані технології майбутнього

Еволюційна адаптація водоростей, представлена у цьому дослідженні, не лише допомагає їм витримувати яскраве морське світло, але й може стати основою для біоінспірованих покращень у технології сонячної енергії. Команда сподівається ідентифікувати структурні особливості каротиноїдів, які максимально підвищують енергоефективність, що може революціонізувати дизайн штучних фотосинтетичних і відновлювальних енергетичних систем.

“Наше дослідження виявило, що структура антени для фотосинтезуючих зелених водоростей має відмінну фотозахисну функцію,” заявив Алессандро Агостіні, Університет Падуї, співголова дослідження. “Ми сподіваємося далі уточнити структурні характеристики каротиноїдів, які підвищують ефективність загасання, в кінцевому підсумку дозволяючи молекулярний дизайн пігментів, які оптимізують фотосинтетичні антени,” додала Фудзії.