Phát hiện loài vi khuẩn sa mạc có khả năng quang hợp độc đáo

Các nhà khoa học đã phát hiện một loài vi khuẩn có thể "ăn" ánh sáng mặt trời và "thở" ra oxy.

Trong bài báo được công bố gần đây trên tạp chí Science Advances, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra cách sinh vật bí ẩn này thu hoạch năng lượng ánh sáng.

Hình ảnh vi khuẩn Gemmatimonas phototrophica qua kính hiển vi. (Ảnh: Jason Dean, Viện Hàn lâm Khoa học Séc).

Họ sử dụng hình ảnh của kính hiển vi điện tử thu thập được trong bốn phòng thí nghiệm khác nhau. Nghiên cứu của họ đã tiết lộ cấu trúc chi tiết của phức hệ quang hợp bao gồm 178 sắc tố liên kết với hơn 80 tiểu đơn vị protein của vi sinh vật này. Các tiểu đơn vị thu ánh sáng được sắp xếp thành hai vòng đồng tâm chung quanh trung tâm phản ứng, chuyển đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ thành điện tích.

Phó giáo sư Michal Koblizek, Viện vi sinh vật, thuộc Học viện Hàn lâm Khoa học Séc cho biết, loài vi sinh vật này là một kiệt tác thực sự của thiên nhiên. "Nó không chỉ có độ ổn định cấu trúc tốt mà còn có hiệu quả thu ánh sáng lớn".

Mặc dù chúng ta đã biết về rất nhiều vi khuẩn quang hợp, nhưng những gì đang xảy ra bên trong sa mạc Gobi, nơi vi khuẩn Gemmatimonas phototrophica sinh sống là duy nhất. 

Sơ đồ hai vòng phân tử nhiều màu bao quanh một vòng tròn trung tâm của phức hệ quang hợp từ vi khuẩn Gemmatimonas phototrophica. (Ảnh: Tiến sĩ Tristan I. Croll, Đại học Cambridge, Vương quốc Anh).

Vì các sắc tố ở vòng ngoài có năng lượng cao hơn các sắc tố ở trung tâm nên toàn bộ sự sắp xếp đóng vai trò như một cái phễu. Năng lượng được hấp thụ bởi các sắc tố ở ngoại vi của phức hợp này được chuyển đến trung tâm của phức hợp nơi nó được chuyển hóa thành năng lượng trao đổi chất.

Mặc dù cấu trúc quang hợp này sẽ tốn nhiều năng lượng hơn so với các loại quen thuộc khác, nhưng các nhà nghiên cứu giải thích, "đổi lại, cấu trúc này có sự ổn định phi thường và độ bền của phức hệ quang hợp này có thể đại diện cho một lợi thế tiến hóa".

Tiến sĩ Pu Qian, nhà sinh vật học cấu trúc của Đại học Sheffield đánh giá: "Nghiên cứu cấu trúc và chức năng này có ý nghĩa thú vị vì nó cho thấy G. phototrophica đã độc lập phát triển kiến ​​trúc nhỏ gọn, mạnh mẽ và hiệu quả cao của riêng mình để thu hoạch và "bẫy" năng lượng mặt trời".

Một ngày nào đó, chúng ta cũng có thể đánh cắp những bí mật về quá trình quang hợp cổ xưa  của G. phototrophica để xây dựng một tương lai của sinh học tổng hợp sử dụng năng lượng mặt trời.