Alger har en superkraft som hjälper dem att växa snabbt och effektivt. Nytt arbete ledd av Carnegies Adrien Burlacot lägger grunden för att överföra denna förmåga till jordbruksgrödor, vilket kan hjälpa fler människor att mata och bekämpa klimatförändringarna. Deras resultat publiceras i Nature .

Växtceller, alger och vissa bakterier kan omvandla solens energi till kemisk energi med hjälp av en serie biokemiska reaktioner som kallas fotosyntes. Denna process gjorde jordens atmosfär syrerik, vilket gjorde att djurliv kunde uppstå och frodas, och den underbygger hela vår näringskedja.

Fotosyntesen sker i två steg. I den första absorberas ljus och används för att syntetisera energimolekyler, med syre som en biprodukt. Dessa energimolekyler används sedan för att driva det andra steget, där koldioxid från luften fixeras till kolbaserade sockerarter, såsom glukos och sackaros.

Eftersom fotosyntesen är en så uråldrig process - en som går före och i själva verket formade atmosfärens nuvarande sammansättning - är den inte särskilt effektiv. Mekanismen genom vilken växter fångar upp koldioxid från luften är ett offer för sin egen framgång. I en koldioxidrik atmosfär var det enkelt för växter att ta tag i det kol som var nödvändigt för det andra steget. Men nu är det en annan historia och växter begränsas av den fortfarande lilla mängden koldioxid i atmosfären och kan inte effektivt låsa in den.

Lyckligtvis har fotosyntetiska alger utvecklat mekanismer som ökar deras effektivitet genom att koncentrera koldioxid runt enzymet som ansvarar för att fixera den till sockerarter. Denna biokemiska ökning är en del av det som gör att alger växer så snabbt.

"Om de cellulära verktygen som ligger bakom denna förmåga kan utnyttjas, skulle det tillåta oss att konstruera mer produktiva växter," förklarade Burlacot. "Detta skulle hjälpa till i kampen mot klimatförändringarna genom att binda upp mer koldioxid från atmosfären och hjälpa till att bekämpa världens hunger genom att producera mer mat."

Burlacot och medarbetare från Aix-Marseilles universitet – Ousmane Dao, Pascaline Auroy, Stephan Cuiné, Yonghua Li-Beisson och Gilles Peltier – kunde belysa den energiväg som driver algers förmåga att koncentrera koldioxid.

För att kunna transporteras över de biologiska membran där det andra steget av fotosyntesen sker måste den atmosfäriska koldioxiden omvandlas till bikarbonat och sedan tillbaka igen. Forskarna avslöjade hur celler skapar energin för att driva denna serie av förändringar, vilket gör att koldioxid kan koncentreras utan att skära in i cellens strömförsörjning för kolfixeringsprocessen.

"Det har länge varit känt att algers förmåga att koncentrera koldioxid och förbättra fotosynteseffektiviteten krävde energi, men de molekylära mekanismerna för denna process har förblivit dåligt förstådda fram till nu," avslutade Burlacot. "Vårt arbete har avslöjat den energiska verktygslåda vi behöver för att förbättra kolinfångningen i fotosyntesen."