فتوسنتز فراتر از قرمز
دانشمندان نوع تازه ای از فتوسنتز را در انواعی از باکتری ها یافته اند که احتمالاً می تواند به ما در زیست پذیر کردن سایر سیارات مانند سیاره مریخ کمک کند.
به گزارش پورتال یو سی (شما می توانید)، زندگی گیاهان و به دنبال آن همه جانداران روی زمین به انرژی خورشید وابسته است. فتوسنتز، تنها فرآیند مهم زیستی است که می تواند از این انرژی استفاده کند. ساختن غذا با کمک انرژی نورانی خورشید که به آن فتوسنتز گفته می شود، فرآیند بسیار پیچیده ای در گیاهان است که طی آن کربن دی اکسید موجود در اتمسفر که از طریق روزنه های سطح برگ دریافت می شود، با آبی که توسط ریشه گیاه از خاک جذب می شود، به کمک نور خورشید در کلروپلاست برگ ها و سایر اندام های سبز آن با هم ترکیب شده و در نهایت یک قند ساده به نام گلوکز ساخته می شود. در این میان نور قرمز با طول موج 680 تا 700 نانومتر در طیف نور مرئی برای انجام این فرآیند اهمیت دارد.
گیاهان و سیانوباکترها (باکتری های سبز – آبی) از سیستم های نوری پیچیده حاوی کلروفیل فراوان برای تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی شیمیایی بهره می برند. سیانوباکترها، در واقع باکتری هایی هستند که می توانند فتوسنتز کنند و در شاخه پروکاریوت ها (سلول های فاقد هسته واقعی) طبقه بندی می شوند. هر چند گاهی به آنها «جلبک سبز – آبی» هم گفته می شود، اما باید دانست اصطلاح جلبک امروزه فقط به گروهی از موجودات یوکاریوت (سلول های دارای هسته واقعی) گفته می شود. به تازگی مشخص شده که برخی از موجودات مانند سیانوباکترها برای استفاده از فوتون های با طول موج بلندتر برای فتوسنتز سازگار شده اند.
طی پژوهشی که نتایج آن، اواسط ماه ژوئن 2018 در نشریه ساینس منتشر شده است، نوع جدیدی از فرآیند فتوسنتز کشف شده است که بینش ما را درباره اصول بنیادین این فرآیند پیچیده متحول می کند و به نظر می رسد باید کتاب های درسی را در این باره بازنویسی کرد. در اصل، این یافته ها بینش ما را درباره سودمندی طول موج های بلندتر نور (فوتون های کم انرژی تر) در فتوسنتز کارآمد افزایش می دهد.
فتوسنتز؛ فراتر از مرزهای قرمز
در حالی که گمان می رفت تا امروز همه چیز درباره فتوسنتز در گیاهان شناخته شده باشد، اما یافته های این پژوهش نکات جدید و جالبی را درباره این پدیده شگفت انگیز آشکار کرده است. در نتیجه این پژوهش، مشخص شده سلول های سیانوباکترها نوع جدیدی از فرآیند فتوسنتز را به کمک نور نزدیک به زیرقرمز (Infrared) با طول موج حدود 750 نانومتر به نمایش می گذارند. نوع جدید فتوسنتز، در طیف وسیعی از سیانوباکترهایی تشخیص داده شده است که در غیاب نور مرئی و تنها در حضور نور زیرقرمز رشد کرده اند، مثلاً در مناطق سایه ای پارک یلو استون یا ساحل صخره در استرالیا. این فرآیند طبیعی، در محیط آزمایشگاهی یعنی در آزمایشگاه علوم زیستی امپریال کالج لندن نیز قابل بازسازی بوده است. بطوریکه وقتی این باکتری ها را در محفظه های آزمایشگاهی که در آنها از LEDهای زیرقرمز برای نوردهی استفاده شده بود، قرار دادند، قادر به فتوسنتز و در نتیجه رشد بودند.
ماجرا از چه قرار است؟
می دانیم که نوع معمول فتوسنتز در دنیای گیاهان به کمک رنگ دانه های سبز رنگی به نام کلروفیل a انجام می شود که هم نور خورشید را جذب می کند و هم از انرژی آن برای مواد مفید بیوشیمیایی و اکسیژن استفاده می کند. روشی که کلروفیل a برای به دام انداختن نور خورشید بکار می برد، باعث می شود نور قرمز برای فتوسنتز قابل استفاده باشد. از آنجایی که کلروفیل a در همه گیاهان، جلبک ها و سیانوباکترهایی که ما می شناسیم، وجود دارد، انرژی نور قرمز به عنوان حد قرمز مورد توجه قرار می گیرد. این حد، یعنی حداقل میزان انرژی مورد نیاز برای فرآیند شیمیایی تولید اکسیژن. در اختر زیست شناسی، حد قرمز برای اظهارنظر کارشناسان در مورد اینکه در سیارات سایر منظومه های خورشیدی تا چه میزان زندگی پیچیده می تواند تکامل یابد، مورد استفاده قرار می گیرد.
در این باره نکته کلیدی که در پژوهش اخیر دانشمندان بدست آمده، این است که زمانی که برخی از سیانوباکترها در معرض نور نزدیک به زیرقرمز رشد داده می شوند، سیستم نوری استاندارد حاوی کلروفیل a در آنها غیر فعال شده و در عوض یک سیستم نوری دیگر که دارای نوع دیگری از کلروفیل به نام کلروفیل f است به جای آن شروع بکار می کند.
کلروفیل f یک رنگ دانه قرمز رنگ است که می تواند طول موج های نزدیک به نور زیرقرمز را جذب کند. از سال 2010 میلادی که این کلروفیل جدید در گیاهان کشف شده تاکنون، تصور بر این بوده است که کلروفیل f فقط نقش دریافت و جذب نور را بر عهده دارد، اما پژوهش تازه، نشان داده که این نوع کلروفیل نقش فراتری در فتوسنتز در شرایط سایه ایفا می کند؛ بطوریکه گیاه می تواند با نور زیرقرمز که انرژی کمتری نسبت به نور قرمز دارد هم، فعالیت های شیمیایی پیچیده فتوسنتز را به انجام برساند. این شیوه فتوسنتز، به معنی عبور از حد قرمز است.
آنچه کشف نوع جدید فتوسنتز را بسیار با اهمیت می کند، این است که در این پژوهش مشخص شده انجام شیوه جدید فتوسنتز در جهان گسترده کم نور که تنها پرتوهای زیرقرمز در آنجا حضور دارند، حتی با کمترین مقدار انرژی نورانی امکانپذیر است.
سیانوباکترها زندگی را به سیاره سرخ می برند.
یکی از مشکلاتی که در راه عملی شدن ایده زندگی بشر روی سیارات دیگر، از جمله مریخ وجود دارد، عدم وجود اتمسفر مناسب و قابل زیست برای انسان است. پژوهشگران این طرح تحقیقاتی معتقدند که کشف آنها می تواند چگونگی تحقیقات دانشمندان را برای پیدا کردن راهی به منظور زندگی فرازمینی در فضا از نو تعریف کند.
به نظر می رسد سیانوباکترهایی که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته اند، می توانند به ایده ایلان ماسک برای قابل سکونت کردن مریخ یا حتی دیگر سیارات کمک کنند. در واقع این موجودات می توانند با انجام فتوسنتز در شرایط سخت مریخ، اکسیژن تولید کرده و با تشکیل اتمسفر آن را برای زندگی انسان مناسب کنند. جالب است بدانید این نوع موجودات حدود 2.5 میلیارد سال است که در محیط های نامساعد زمین مانند بیابان ها و قطب جنوب بقای خود را حفظ کرده اند و حتی سال ها در ایستگاه فضایی بین المللی نیز حضور داشته اند. پس این موجودات به اندازه کافی قادر به تحمل شرایط سخت و نامساعد محیط هستند که بتوانیم آنها را به مریخ بفرستیم و از آنها بخواهیم برای ما اکسیژن تولید کنند. ستاره شناسان با این کشف می توانند با دنبال کردن نشانه هایی از وجود ماده فلورسانس ناشی از کلروفیل f در فضا، به دنبال نشانه هایی از حیات فرازمینی در دیگر سیارات نیز باشند.
هر چند این موضوع شاید اکنون شبیه یک داستان علمی – تخیلی به نظر برسد، اما آژانش های فضایی و شرکت های خصوصی در جهان که در زمینه سفرهای فضایی و امکان زندگی انسان روی سایر سیارات تحقیق و فعالیت می کنند، در تلاش هستند تا در آینده ای نه چندان دور این آرزو را به واقعیت تبدیل کنند. بر اساس یافته های اخیر، سیانوباکترها حداقل روی کاغذ می توانند برای تولید اکسیژن در مریخ و ساختن اتمسفر مناسبی که انسان ها بتوانند در آنجا نفس بکشند، به ما کمک کنند.
منابع
خبر علمی «فتوسنتز فراتر از قرمز» توسط هیئت تحریریه خبر پورتال یو سی (شما می توانید) با استناد به Imperial College London و مجله دانشمند، ترجمه، تدوین و نگارش شده است.
