Fotosyntesens hemmelighed er blevet afsløret

En international forskergruppe har for første gang kortlagt den atomare struktur af et lysopsamlende nanokompleks i en af Jordens ældste cyanobakterier. Opdagelsen giver et unikt indblik i, hvordan tidligt liv på Jorden begyndte at udnytte sollys til at producere ilt – en proces, der ændrede hele planetens atmosfære og banede vejen for det komplekse liv, vi kender i dag.

Studiet, der netop er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences, fokuserer på Photosystem I (PSI) – en molekylær maskine, som konverterer sollys til elektrisk energi. Forskerne isolerede PSI fra Anthocerotibacter panamensis, en nyligt opdaget cyanobakterie, som adskilte sig fra andre kendte cyanobakterier for omkring tre milliarder år siden.

“Vi kan ikke rejse tilbage tre milliarder år for at observere cyanobakterier på Jorden,” forklarer Dr. Ming-Yang Ho fra National Taiwan University, hovedforfatter på studiet. “Derfor er A. panamensis så vigtig; den giver os et direkte indblik i fortiden.”

De fleste cyanobakterier, alger og planter har specialiserede strukturer kaldet thylakoider, hvor fotosyntesen foregår. Men A. panamensis mangler disse strukturer og udfører hele sin fotosyntese i et enkelt membranlag. Det gør, at bakterien vokser langsomt og kun trives under svagt lys – en egenskab, som minder om betingelserne på den unge Jord.

Dr. Christopher Gisriel fra University of Wisconsin-Madison udtaler: “Med denne PSI-struktur i hånden kan vi nu sammenligne med andre organismer og finde ud af, hvilke egenskaber der er oprindelige, og hvilke der er opstået senere i evolutionen.”

Forskerteamet fandt ud af, at selvom proteinerne i PSI har ændret sig over tid, er den overordnede struktur stort set uændret. PSI består af tre enheder, der er arrangeret som en trekløver, og som tilsammen indeholder over 300 lysabsorberende pigmenter som klorofyl og karotenoider.

Dr. Tanai Cardona fra Queen Mary University of London konkluderer: “Fotosyntesen var allerede højt udviklet for tre milliarder år siden. Hvis vi skal finde fotosyntesens sande oprindelse, må vi se endnu længere tilbage – måske før cyanobakterierne overhovedet eksisterede.”

For den gennemsnitlige dansker betyder denne opdagelse, at vi nu forstår mere om, hvordan vores iltrige atmosfære blev til – og hvordan fremtidens teknologier kan inspireres af naturens egne løsninger. Teknologier inden for solenergi og bæredygtig energiproduktion kan muligvis optimeres med viden fra PSI-strukturen.

Studiet er finansieret af National Science and Technology Council (Taiwan), NIH, U.S. Department of Energy og UKRI.

Kilde: Queen Mary University of London

Ofte stillede spørgsmål

Hvor mange pigmenter indeholder Photosystem I i A. panamensis?
PSI i A. panamensis indeholder over 300 lysabsorberende pigmenter som klorofyl og karotenoider.

Hvor gammel er A. panamensis evolutionært set?
Den repræsenterer en linje, der adskilte sig fra andre cyanobakterier for omkring 3 milliarder år siden.

Hvad er konsekvenserne af denne opdagelse for moderne teknologi?
Opdagelsen kan inspirere til nye teknologier inden for solenergi og energilagring, baseret på naturlige principper.