Фотосинтез вопреки правилам. Ученые раскрыли тайну тропических деревьев клузия, которые дышат по ночам
Биологи из Венского университета раскрыли двухсотлетнюю тайну тропических деревьев рода клузия. Эти растения научились дышать по ночам, чтобы сохранять воду.
Исследование объясняет эволюцию так называемого CAM-фотосинтеза и открывает новые возможности для выведения устойчивых сельскохозяйственных культур.
Результаты научной работы опубликовал журнал Nature Communications. Ещё около 1800 года выдающийся натуралист Александр фон Гумбольдт заметил странную аномалию. Лист тропического дерева, погружённый в воду под ярким солнцем, совершенно не выделял пузырьков кислорода, хотя обычные растения активно насыщали жидкость газом.
Секрет кроется в особом суточном распорядке дерева. Микроскопические поры на его листьях остаются плотно закрытыми в течение всего дня, защищая растение от испарения влаги на жаре. Вместо этого дерево жадно поглощает углекислый газ прохладной ночью и запасает его в форме яблочной кислоты до восхода солнца.
Клузия остается единственным известным науке родом настоящих деревьев, освоивших этот уникальный механизм. Генетический анализ показал, что предки этих растений пережили древнее удвоение всего генома. Ведущий автор исследования Ханнес Краммл отметил, что «в ходе этого процесса избыточные копии генов постепенно утрачивались, деактивировались или брали на себя совершенно новые функции». Второй соавтор, Йоханнес Герпелл, добавил, что эта перестройка затронула именно те участки ДНК, которые управляют ночным накоплением углерода.
Руководитель проекта Вольфрам Векверт подчеркнул удивительную пластичность этих деревьев. Каждый вид распорядился своим генетическим наследием по-своему. Дерево Clusia rosea полностью перешло на ночной режим с накоплением кислоты. Вид Clusia minor переходит в экономный режим лишь в условиях экстремальной засухи, а Clusia major научилась виртуозно сочетать дневной и ночной фотосинтез.
Ученые надеются использовать этот опыт в обычном земледелии. Растения с таким метаболизмом потребляют в разы меньше влаги. Выявленные генетические цепочки помогут агрономам создать засухоустойчивые сорта зерновых, способные давать стабильные урожаи даже в условиях засухи, вызванной глобальным потеплением.