Растения нарушают известные правила биохимии, «принимая решения» о выбросе СО2

Ученые обнаружили ранее неизвестный процесс, объясняющий «секретные решения», которые принимают растения, когда выбрасывают углерод обратно в атмосферу. Научная статья опубликована в Nature Plants, кратко о ней рассказывает ScienceAlert.

«Растения управляют своим дыханием таким образом, которого мы не ожидали. Они определяют, сколько углерода от фотосинтеза сохранить для создания биомассы, используя метаболический канал. Это происходит как раз перед тем, как они решают сжечь соединение, называемое пируватом, чтобы произвести и выпустить CO2 обратно в атмосферу», — сказал биохимик из Университета Западной Австралии Харви Миллар.

В процессе фотосинтеза растения производят сахарозу. Обычно ее создается в избытке, часть ее хранится, часть — распадается. Это называется циклом лимонной кислоты (или трикарбоновой кислоты), и он не менее важен для жизни.

Сахароза, имеющая двенадцать атомов углерода, расщепляется на глюкозу с шестью атомами углерода. Затем глюкоза распадается на пируват, который имеет три атома углерода. При использовании пирувата в качестве побочного продукта образуется углерод. Именно в этот момент принимается «решение».

«Пируват — это последний пункт для принятия решения. Его можно сжечь и высвободить CO2 или использовать его для создания фосфолипидов, растительных масел, аминокислот и других вещей, необходимых для производства биомассы», — сказал Миллар.

Открытие было сделано при проведении экспериментов с кресс-салатом (Arabidopsis thaliana). Исследователи пометили пируват изотопом углерода C13, чтобы отследить, куда он перемещается во время цикла лимонной кислоты, и обнаружили, что пируват из разных источников используется по-разному.

Это означает, что растение может «отслеживать» источник пирувата и действовать соответствующим образом, решая либо выпустить его, либо сохранить для других целей.

«Мы обнаружили, что переносчик в митохондриях направляет пируват на дыхание для высвобождения CO2, но пируват, полученный другими способами, сохраняется растительными клетками для наращивания биомассы», — сказал руководитель исследования Сюйен Ле.

Эта способность принимать решения, как предполагает команда, нарушает привычные правила биохимии, где, как правило, каждая реакция представляет собой соревнование и не контролируется, куда пойдет продукт.

Хотя растения являются прекрасными хранилищами CO2 — одни только леса хранят около 400 гигатонн углерода — не каждая молекула CO2, поглощаемая растениями, сохраняется. Около половины углекислого газа, поглощаемого растениями, выбрасывается обратно в атмосферу.

Возможность заставить растения накапливать немного больше углекислого газа в этом процессе может быть захватывающим способом помочь нашим проблемам с изменением климата. Это перспектива будущего, поскольку исследователи только что открыли этот биохимический процесс. Но если получится использовать то, как растения принимают решения о хранении углерода, это может стать частью паззла по смягчению последствий изменения климата.