Die mikroskopisch kleinen Pflanzen der Ozeane – Kieselalgen – fangen Kohlendioxid über biophysikalische Wege ein

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Bildnachweis: Pixabay / CC0 Public Domain

“Wir zeigen, dass marine Kieselalgen bei der Fixierung von atmosphärischem CO2 auch bei der heutigen CO2-Konzentration sehr intelligent sind – und die Variabilität der CO2-Werte im Oberflächenmeerwasser hatte keinen Einfluss auf die Genexpression und die Häufigkeit der fünf Schlüsselenzyme, die bei der Kohlenstofffixierung verwendet werden.” sagt der Gruppenleiter der Studie, Dr. Haimanti Biswas vom Nationalen Institut für Ozeanographie-CSIR (Rat für wissenschaftliche und industrielle Forschung), Indien. “Dies beantwortet eine Schlüsselfrage darüber, wie marine Kieselalgen auf den zukünftigen Anstieg des atmosphärischen CO2-Spiegels reagieren können.”

Das Pflanzenreich hat eine Vielzahl von Mechanismen entwickelt, um CO2 aus der Luft oder dem Wasser zu konzentrieren und in organischen Kohlenstoff umzuwandeln. Auf diese Weise wandeln Pflanzen CO2 in Glukose und andere Kohlenhydrate um, die sie als Bausteine ​​und Energiespeicher verwenden. Diese unterschiedlichen Mechanismen haben jedoch unterschiedliche Stärken und Schwächen. Ironischerweise ist das einzige kohlenstofffixierende Enzym, RuBisCO, bei der Fixierung von CO2 notorisch ineffizient, und daher müssen Pflanzen den CO2-Gehalt in der Nähe dieses Enzyms hoch halten.

Um besser zu verstehen, welche Mechanismen Kieselalgen zur Konzentration von CO2 verwenden, haben Biswas und ihre Mitarbeiter, Dr. Chris Bowler und Juan Jose Pierella Karluich vom Institut für Biologie der Ecole Normale Supérieure, Paris, Frankreich, einen Datensatz der Tara Oceans-Forschungsexpedition gewonnen . Die internationale Tara-Expedition sammelte über mehrere Jahre (2009 bis 2013) marine Planktonproben aus der ganzen Welt. Dazu gehörten mehr als 200 Metagenome (die die Häufigkeit der Gene zeigen, die für die fünf Schlüsselenzyme verantwortlich sind) und über 220 Metatranskriptome (die die Expression der Gene für die fünf Schlüsselenzyme zeigen) aus Kieselalgen verschiedener Größenklassen.

Biswas und ihre Mitarbeiter waren besonders daran interessiert, wie oft die Gene von fünf wichtigen kohlenstofffixierenden Enzymen vorhanden sind und ob es je nach Ort und Bedingungen Unterschiede in ihrer Häufigkeit und Expression gibt. Über alle gemessenen Proben war ein Enzym ungefähr zehnmal häufiger als jedes der anderen Enzyme. Dieses Enzym – Carboanhydrase genannt – ist besonders informativ, da es auch bestätigt, dass Kieselalgen aktiv gelöstes CO2 in die Zelle pumpen, anstatt zuerst CO2 biochemisch umzuwandeln.

Das Team beobachtete auch komplexe unterschiedliche Muster der Genexpression der Schlüsselenzyme, die je nach Breitengrad und Temperatur variierten. Die Forscher hoffen, mithilfe neuer Datensätze von weit gereisten zukünftigen Expeditionen mehr zu lernen.

“Bisher zeigt unsere Studie, dass diese winzigen Autotrophen trotz der Variabilität der CO2-Werte die CO2-Konzentration in der Zelle hocheffizient steigern”, sagt Biswas. “Das ist der wahrscheinliche Grund für ihre Fähigkeit, fast ein Fünftel der globalen Kohlenstoffbindung auf der Erde zu fixieren.”

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