Океанические сине-зелёные водоросли Synechococcus производят 20% кислорода на планете. Такой высочайшей производительностью они обязаны уникальному умению приспосабливаться к нужной длине световой волны. То есть водоросль настраивает свою фотосинтетическую систему в зависимости от того, какая длина волны сейчас более доступна. Соответственно, у водорослей меняются пигменты, отвечающие за ловлю фотонов, и сама клетка следом меняет цвет, подобно хамелеону.

Учёным из Университета Индианы (США) удалось расшифровать механизм, позволяющий Synechococcus переключаться с одной пигментной системы на другую.

Они нашли у цианобактерий ген MpeZ; его активность зависит от синего света. MpeZ кодирует фермент, который сносится с белком-антенной, связанным с пигментом фикоэритрином I.

Рис. 1. Цианобактерия Synechococcus крупным планом (фото Science VU / DOE).

Этот пигмент обычно ловит зелёный свет, но фермент заменяет у пигмента «зелёные» хромофорные группировки на те, что позволяют улавливать синий: так фикоэритрин I превращается в фикоэритрин II. Эта модификация обратима, и если уровень синих волн падает, то пигмент возвращается к поглощению зелёных волн.

Рис. 2. Изменения в окраске цианобактерий Synechococcus в зависимости от режима освещённости (рисунок авторов работы).

Соответствующим образом меняется и цвет водорослей. В прибрежных водах, где они поглощают зелёный свет, пигмент придаёт клеткам красный оттенок. Вдали от берега, в более глубоких водах усиливается доля синего и водоросли становятся оранжевыми.

Эта молекулярно-генетическая уловка и позволяет Synechococcus жить и успешно вести фотосинтез в разном режиме освещённости, снабжая океан и всю планету кислородом.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале PNAS.