Los científicos han estudiado durante mucho tiempo cuál de los tres eucariotas fotosintéticos primarios algas rojas, algas verdes y glaucofitas ha surgido primero para desentrañar el misterio biológico de la evolución de las algas mediante el análisis de su información genética.
A pesar de saber que la estructura de los cianelos, un orgánulo exclusivo de los glaucófitos, es muy similar a las cianobacterias ancestrales entre otros orgánulos, estos estudios no han resuelto de manera concluyente la posición de ramificación de los glaucófitos y han dejado la historia de ramificación temprana de los tres linajes fotosintéticos primariosincierto.
Un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Waseda indicó que el efecto de la respiración sobre la fotosíntesis en el glaucófito Cyanophora paradoxa es sorprendentemente similar a la interacción entre la respiración y la fotosíntesis en las cianobacterias. Estos resultados sugieren que los cianelos retienen muchas de las características observadas en sus cianobacterias ancestrales.
"Desde el punto de vista de las interacciones metabólicas, C. paradoxa es la principal alga simbiótica más similar a las cianobacterias ", dice Kintake Sonoike, profesor de fisiología de plantas y células en la Universidad de Waseda." Nuestros hallazgos proporcionan información valiosa para revelar cómo evolucionaron los organismos fotosintéticos ".
Esta investigación se publica en Informes científicos .
La evolución de los organismos fotosintéticos comenzó hace aproximadamente 2.500 millones de años cuando surgieron las cianobacterias y utilizaron por primera vez moléculas de agua para la fotosíntesis, liberando oxígeno como subproducto y cambiando las formas de vida en la Tierra. Después de un evento de endosimbiosis que involucra a un eucariota y una cianobacteria, algas rojas, algas verdes y glaucofitas divergieron de su ancestro común, un organismo fotosintético eucariota. En este largo proceso, varias interacciones metabólicas en las células han cambiado drásticamente. Por ejemplo, cuando las cianobacterias, que habían realizado fotosíntesis y respiración hasta entonces, evolucionaronen el cloroplasto, las mitocondrias se hicieron responsables de la respiración. Sin embargo, faltaba información sobre estos aspectos en los glaucófitos que debían abordarse para comprender la diversidad de la regulación fotosintética y la interacción metabólica entre las algas simbióticas primarias.
En este estudio, el profesor Sonoike midió la fluorescencia de clorofila usando un fluorómetro de modulación de amplitud de pulso PAM para analizar la fotosíntesis en C. paradoxa sin destruir las células y verificar sus interacciones con reacciones metabólicas como la respiración. La aplicación de dicha técnica a las algas no es fácil, pero siendo un experto en medir la fluorescencia en las cianobacterias, el profesor Sonoike adaptó con éxito el método a esta investigación.
La emisión de fluorescencia de clorofila se midió iluminando diferentes tipos de luz en las células glaucofitas. Como resultado, los niveles de enfriamiento no químico NPQ, un mecanismo de algas para protegerse de la luz intensa, fue alto en la oscuridad pero disminuyó bajopoca luz, y aumenta nuevamente con luz alta. Esto implica que la fotosíntesis de los glaucófitos se ve afectada y cambiada por otras reacciones metabólicas, incluso en la oscuridad.
"Tal dependencia de la luz cóncava fue bastante similar a la observada en las cianobacterias", señala el profesor Sonoike. "Aunque los glaucófitos realizan la fotosíntesis y la respiración por separado con los respectivos orgánulos a diferencia de las cianobacterias, se observan interacciones metabólicas similares en ambos organismos".
Estos resultados formulan una nueva teoría sobre los efectos de la respiración y otras reacciones metabólicas en la fotosíntesis. Se cree que tales reacciones metabólicas ralentizan la eficiencia fotosintética, pero los glaucófitos parecen usar una vía metabólica diferente para compensar la pérdida. En los últimos años, se encontró que aunque las plantas sin regulación de ADN en la fotosíntesis pueden sobrevivir bajo ciertas condiciones de luz, tales plantas pueden destruirse fácilmente en la naturaleza, donde la cantidad de luz depende del medio ambiente. Teniendo esto en cuenta, surge una hipótesis que regula la fotosíntesis enLos lugares oscuros bajo luz débil a través de interacciones metabólicas por adelantado pueden ser necesarios para una fotosíntesis efectiva en la naturaleza. El profesor Sonoike planea investigar más a fondo si la respiración, una reacción opuesta a la fotosíntesis, podría estar ayudando a la eficiencia de la fotosíntesis.
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Materiales proporcionado por Universidad de Waseda . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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