Vi sinh vật bỏ qua bước giải phóng khí oxi, hấp thụ khí cacbonic trong quá trình quang hợp

Một khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoa học thuộc viện Carngie phát hiện đã mang lại bước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp vốn được cho là một quá trình sinh học quan trọng nhất trên
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vi sinh vật bỏ qua bước giải phóng khí oxi, hấp thụ khí cacbonic trong quá trình quang hợpVi sinh vật bỏ qua bước giải phóng khí oxi, hấpthụ khí cacbonic trong quá trình quang hợpMột khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoahọc thuộc viện Carngie phát hiện đã mang lạibước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quanghợp vốn được cho là một quá trình sinh học quantrọng nhất trên Trái đất.Nhờ quang hợp thực vật, tảo và một số loại vi khuẩnđã cung cấp năng lượng cho hầu hết các sinh vật sốngbằng cách tạo ra thức ăn từ ánh sáng mặt trời. Trongquá trình quang hợp, những sinh vật này giải phóngkhí oxi và hấp thụ khí cacbonic.Tuy nhiên hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùngđồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một số loại vi sinhvật sống dưới biển đã tiến hóa một phương thứcquang hợp không tuân theo quy luật kể trên. Chúngtạo ra được một phần năng lượng đáng kể mà khôngcần hấp thụ khí cacbonic hay giải phóng khí oxi. Hainghiên cứu này đã được đăng tải trên tờ Biochimicaet Biophysica Acta and Limnology andOceanography. Khám phá của Arthur Grossmankhông chỉ gây chấn động đến những hiểu biết cơ bảncủa các nhà khoa học về quá trình quang hợp, mà nócòn có thể giúp giải đáp tại sao các vi sinh vật sốngdưới biển lại làm cho tỉ lệ khí cacbonic trong bầu khíquyển tăng lên.Grossman và nhóm của ông đã tiến hành nghiên cứuquá trình quang hợp ở loài vi khuẩn biểnSynechococcus – một dạng vi khuẩn có thể quanghợp có tên chung là cyanobacteria (trước đây thườngđược gọi là tảo lục). Những sinh vật đơn bào nàythống trị toàn bộ các sinh vật phù du trên các đạidương trên toàn thế giới, chúng cũng là những thànhviên đóng góp quan trọng cho năng suất cơ bản toàncầu.Grossman và đồng nghiệp của ông muốn tìm hiểucách thức Synechococcus phát triển ở những vùngnước nghèo sắt chiếm đa phần diện tích các đạidương; trong khi quá trình quang hợp bình thườngđòi hỏi sự tham gia của sắt với tỉ lệ cao. Một số ngườikhác cho rằng ôxi có vai trò tiềm năng trong việc tiếpnhận electron từ các bộ máy quang hợp nhằm thaythế cho khí cacbonic. Tuy nhiên nhóm nghiên cứucủa Grossman đã chứng minh hoạt động này rất có ýnghĩa khi tiến hành ở những vùng biển nghèo dinhdưỡng vốn bao phủ đến một nửa diện tích của đạidương.Các tế bào có hình xúcxích là vi khuẩn đơn bàoSynechococcus còn nhữngsợi tơ thực chất là vi khuẩnxanh không có lưu huỳnh. Grossman cho biết: “Dù ít hay nhiều thì dường(Ảnh: Richard W. như vi khuẩnCastenholz, đại học Synechococcus tại nhữngOregon) đại dương nghèo dinhdưỡng cũng đã giải quyết được vấn đề với sắt bằngcách bỏ qua quá trình quang hợp thông thường.Chúng đã bỏ qua những bước có sự tham gia của sắttrong quá trình quang hợp. Và đó cũng là nhữngbước mà khí cacbonic được hấp thụ từ bầu khíquyển”.Shaun Bailey – nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ cùng hợptác trong dự án – cho biết: “Chúng tôi đã sớm nhậnra những điều khác biệt ở vi khuẩn Synechococcus.Việc hấp thụ khí cacbonic và hoạt động quang hợp ởloài vi khuẩn này không ăn khớp với nhau. Do đóchúng tôi biết rằng có thứ gì đó không phải khícacbonic đang được sử dụng trong quá trình quanghợp. Và quả thực đó là khí oxi”. Các nhà nghiên cứuđã nhận diện được một loại enzym tham gia vào quátrình này là PTOX (plastoquinol terminal oxidase).Họ cũng nhấn mạnh rằng quá trình quang hợp mớicần phải được cân nhắc trong việc tìm hiểu năng suấtcơ bản của hệ sinh thái đại dương.Trong quá trình quang hợp thông thường, năng lượngánh sáng làm phân rã phân tử nước, giải phóng khíoxi và cung cấp electron được sử dụng nhằm cố địnhkhí cacbonic lấy từ khí quyển rồi tạo ra các phân tửgiàu năng lượng – ví dụ như đường. Đối với quá trìnhmới được phát hiện, một phần lớn các electron nàykhông được sử dụng để cố định khí cacbonic, thayvào đó chúng lại gắn kết các phân tử nước với nhaunên tạo ra ít oxi hơn trong quá trình quang hợp.Bailey nói rằng: “Dường như những sinh vật nàyđang tiến hành một chu trình biến nước thành nướckhông hiệu quả dưới tác động của ánh sáng. Thếnhưng điều đó không hẳn là đúng vì chu trình khácthường này cũng là một cách sử dụng ánh sáng đểtạo ra năng lượng trong khi vẫn bảo vệ các bộ máyquang hợp khỏi những tổn hại có thể gây ra bởi việchấp thụ ánh sáng”.Tạo ra năng lượng từ chu trình biến nước thành nướcdưới tác động của ánh sáng giữ một vai trò thiết yếudo vi khuẩn cyanobacteria sử dụng năng lượng để thunhận nguồn cung cấp dinh dưỡng ít ỏi trong môitrường sống của chúng. Hiện tượng mới mẻ này đãđược nghiên cứu sinh Kate Mackey chứng minh là cóxảy ra trong tự nhiên. Kate Mackey đã tiến hànhnhững nghiên cứu trực tiếp về quang hợp trên cácmẫu nghiên cứu lấy từ Thái Bình Dương và Đại TâyDương.Mackey cho biết: “Môi trường nghèo dinh dưỡng,nghèo sắt chiếm khoảng một nửa diện tích của cácđại dương trên thế giới. Điều đó cho thấy một ...