Защита для хлоропластов

Хлоропласты водорослей сжимаются на ярком свету

Хотя растениям нужен свет для фотосинтеза, слишком долгий и слишком яркий свет для них вреден. Дело не только в том, что растения нагреваются, и высокая температура начинает вредить клеткам, дело также в том, что из-за избытка света, который ловят фотопигменты, накапливаются активные формы кислорода: лишняя энергия порождает агрессивные молекулы-окислители, и возникает окислительный стресс. Убежать в тень растения не могут, но у них есть другие хитрости: они начинают испарять больше воды, они перемещают хлоропласты по клетке, выбирая такое место и такое положение, чтобы они ловили меньше света, у них есть специальные антиоксидантные системы, у них есть уловки, позволяющие рассеивать лишнюю энергию со светособирающих белков, и т. д.

Есть на земле и другие организмы, которые сталкиваются с той же проблемой – например, одноклеточные водоросли, которые в ходе эволюции не сумели или не успели обзавестись уловками вроде тех, которыми пользуются высшие растения. Те из водорослей, у которых есть жгутики для плавания, могут уплыть от слишком яркого света. Что же делать тем, которые и двигаться сами не могут, подчиняясь только течениям? Один из возможных механизмов на примере Pyrocystis lunula описывают в PNAS сотрудники Университета Амстердама. Одноклеточная P. lunula из группы динофлагеллят, или динофитовых водорослей, на ярком свету просто сжимает свой хлоропласт. В обычном виде он занимает почти всю клетку, но если на P. lunula падает белый свет, интенсивностью соответствующий солнечной середине дня, хлоропласт уменьшается на 40% буквально за несколько минут; уменьшившись, он ловит меньше света. Если свет тускнеет и краснеет, он разворачивается обратно. Главное, что хлоропласт уменьшается сразу по всем направлениям. Отчасти это напоминает шар-трансформер, известный под названием сфера Хобермана – кто-то её знает только как детскую игрушку, но её можно рассматривать и как модель для инженерного сооружения, и как математический объект. У P. lunula есть специальные нити, которые прикреплены к хлоропласту, сжимая и растягивая его по требованию клетки – возможно, когда весь процесс изучат детально, это поможет создать новые наноматериалы, которые нужным образом изменяют форму под влиянием внешних стимулов.

Сфера Хобермана, подобно которой сжимается и расширяется хлоропласт в клетках P. lunula. (Фото: Nico Schramma)