Для ученых длительное время оставалось загадкой, как некоторые виды растений смогли развить у себя супер эффективный фотосинтез. Сегодня же ученые наконец выяснили, что ведет к этому изменению при помощи математики.
Примерно 3 процента всех растений обладает формой фотосинтеза, который позволяет им использовать больше углекислого газа, меньше воды и расти более быстрыми темпами. По большому счету, этот процесс у них протекает на 50% эффективнее, чем у растений с обычным фотосинтезом.
В рамках нового исследования ученые проследили эволюционные пути всех растений, использующих особую форму фотосинтеза, в том числе кукурузы, сахарного тростника и проса, чтобы узнать, как они самостоятельно развили эту способность, будучи не связанными друг с другом напрямую.
При помощи математического анализа ученые выявили ряд незначительных казалось бы изменений в физиологии растений, в совокупности даривших им возможность быстро расти, поглощая всего треть воды от нормы других растений и одновременно поглощая в 13 раз больше углекислого газа из атмосферы.
Вместе отдельные эволюционные элементы составляют тот самый «рецепт», который потом можно будет применить для улучшения сельскохозяйственных культур, использующих сегодня не продвинутый метод фотосинтеза.
Авторы исследования считают, что полученное знание можно применить для разведения суперкультур, например, вывести устойчивый к засухе и растущий быстрыми темпами рис.
Исследование проводилось под руководством доктора математических наук Иэна Джонстона из Имперского колледжа Лондона и биолога доктора Бена Уильямса из Кембриджского университета, его результаты были опубликованы в журнале eLife.
Они скооперировались, чтобы проверить, можно ли использовать новую математическую модель эволюции для того, чтобы раскрыть тот секрет, который привел к выработке такого усиленного фотосинтеза.
Главный интерес исследования заключался в применении инструментов математического расчета, который приведет к открытиям в области биологического и социального , — рассказывает доктор Джонсон.
Это весьма обнадеживающие усилия в плане разработки супер-эффективных культур, мы узнали, что к эффективному фотосинтезу приводят сразу несколько различных путей.
Потому биологи могут найти сразу несколько рецептов, как развивать растения, чтобы добиться такого эффекта.
Доктор Джулиан Хибберд из Кембриджского университета, один из авторов статьи, добавляет:
Это не только интересный математический результат, он поможет биологам разработать культуры с хорошим выходом (быстрым ростом и урожайностью при малых затратах). Исследования показали, что все основные дорожки открытия этого секрета лежат в области эволюции.
Следующим шагом биологов будет создание естественной эволюции по типу растении с более продвинутым фотосинтезом , внося генетические и физиологические изменения в простые растения в лаборатории, и в конечном итоге их цель — создать такой рис.
