Kiselalger är små encelliga växter - inte större än en halv millimeter - som lever i ytvattnet i världshaven där solljus penetration är gott. Trots sin blygsamma storlek, de är en av världens mest kraftfulla resurser för att avlägsna koldioxid (CO ₂ ) från atmosfären. De tar för närvarande bort, eller "fixa, "10-20 miljarder ton CO ₂ varje år genom fotosyntesprocessen. Men inte mycket är känt om vilka biologiska mekanismer kiselalger använder, och om dessa processer kan bli mindre effektiva med stigande havssyrahalt, temperaturer, och, särskilt, CO ₂ koncentrationer. En ny studie i Frontiers in Plant Science visar att kiselalger övervägande använder en väg för att koncentrera CO ₂ i närheten av kolfixerande enzym och att detta fortsätter att fungera även vid högre CO ₂ koncentrationer.

"Vi visar att marina kiselalger är supersmarta när det gäller att fixera atmosfärisk CO ₂ även på dagens nivå av CO ₂ —Och variationen i ytvatten CO ₂ nivåerna påverkade inte genuttrycket och förekomsten av de fem nyckelenzymer som används vid kolfixering, " säger gruppledaren för studien, Dr Haimanti Biswas från National Institute of Oceanography-CSIR (Council of Scientific and Industrial Research), Indien. "Detta svarar på en nyckelfråga om hur marina kiselalger kan reagera på den framtida ökningen av atmosfärisk koldioxid ₂ nivåer."

Växtriket har utvecklat ett brett utbud av mekanismer för att koncentrera CO ₂ från luften, eller vatten, och omvandla det till organiskt kol. På det här sättet, växter omvandlar CO ₂ till glukos och andra kolhydrater, som de använder som byggstenar och energilagring. Men dessa olika mekanismer har olika styrkor och svagheter. Lite ironiskt, det enda kolfixerande enzymet, RuBisCO, är notoriskt ineffektivt på att fixa CO ₂ och därför måste växter behålla CO ₂ höga nivåer I närheten av detta enzym.

För att bättre förstå vilken mekanism kiselalger använder för att koncentrera CO ₂ , Biswas och hennes medarbetare, Drs Chris Bowler och Juan Jose Pierella Karluich från Institut de Biologie de I'Ecole Normale Supérieure, Paris, Frankrike, utvunnit en datauppsättning från Tara Oceans forskningsexpedition. Den internationella Tara-expeditionen samlade in marina planktonprover från hela världen under flera år (2009 till 2013). Dessa inkluderade mer än 200 metagenomer (som visar överflöd av generna som är ansvariga för de fem nyckelenzymerna) och över 220 metatranskriptomer (som visar uttryck av generna för de fem nyckelenzymerna) från kiselalger av olika storleksklasser.

Biswas och hennes medarbetare var särskilt intresserade av hur ofta generna från fem viktiga kolfixerande enzymer är närvarande, och om det fanns några skillnader i deras förekomst och uttrycksnivåer beroende på plats och förhållanden. Över alla de uppmätta proverna, ett enzym var ungefär tio gånger mer rikligt än något av de andra enzymerna. Detta enzym – kallat kolsyraanhydras – är särskilt informativt eftersom det också bekräftar att kiselalger aktivt pumpar in löst CO ₂ inuti cellen, i motsats till att biokemiskt transformera CO ₂ först.

Teamet observerade också komplexa olika mönster av nyckelenzymernas genuttryck, som varierade beroende på latitud och temperatur. Forskarna hoppas kunna lära sig mer genom att använda nya datamängder från mer omfattande framtida expeditioner.

"Än så länge, vår studie indikerar att trots variationen i CO ₂ nivåer, dessa små autotrofer är mycket effektiva när det gäller att koncentrera CO ₂ inne i cellen, " säger Biswas. "Det är den troliga anledningen till deras förmåga att fixa nästan en femtedel av den globala kolfixeringen på jorden."