CP v2

Tag: Fotosintezė

  • Mokslininkai akyse „įjungė“ fotosintezę: špinatų lašai žada proveržį nuo sausų akių

    Mokslininkai akyse „įjungė“ fotosintezę: špinatų lašai žada proveržį nuo sausų akių

    Sausų akių liga vargina šimtus milijonų žmonių visame pasaulyje, o jos simptomai dažnai atrodo kasdieniški: perštėjimas, deginimas, paraudimas, svetimkūnio jausmas ir svyruojantis regėjimo aštrumas. Gydytojai pabrėžia, kad tai ne tik diskomfortas, nes užsitęsęs uždegimas ir ašarų plėvelės nestabilumas gali žaloti akies paviršių.

    Nacionalinio Singapūro universiteto mokslininkai pristatė netikėtą idėją: į akies audinius laikinai perkelti augalų fotosintezės „mechaniką“. Laboratorijoje jie iš špinatų lapų išskyrė tilakoidų membranų struktūras ir jas, kaip nanodaleles, panaudojo akių lašų pavidalu.

    Kaip veikia šviesa maitinami lašai

    Tyrėjų tikslas buvo paskatinti akies ląsteles, veikiamas aplinkos šviesos, gaminti daugiau NADPH – molekulės, kuri veikia kaip ląstelinis energijos ir apsaugos „rezervas“. Ji svarbi neutralizuojant reaktyviąsias deguonies formas, kurios skatina uždegimą ir oksidacinį stresą, dažnai siejamą su sausų akių liga.

    Eksperimentuose su laboratorijoje augintomis žmogaus akies ląstelėmis ir genetiškai pakeistomis pelėmis, kurioms sukelta į sausų akių būklę panaši problema, metodas sumažino oksidacinio streso žymenis. Mokslininkai fiksavo, kad vos per maždaug 30 minučių šviesos poveikis padėjo slopinti uždegiminius procesus akies paviršiuje.

    „Pirmą kartą parodėme, kad augalų fotosintezės sistema gali būti perkelta į žinduolių audinius ir, maitinama ta pačia šviesa, kuri leidžia mums matyti, gaminti biologiškai naudingas molekules“, – sakė biomolekulinės inžinerijos mokslininkas Xing Kuoranas.

    Rezultatai ir palyginimas su įprastu gydymu

    Tyrėjų aprašyta technologija pavadinta LEAF ir paremta tuo, kad tilakoidai yra natūralios struktūros, augaluose atsakingos už NADPH gamybą fotosintezės metu. Špinatai pasirinkti dėl didelės chloroplastų išeigos ir palyginti paprasto išgavimo, be to, tai plačiai prieinamas augalas.

    Publikuotuose bandymuose su pelėmis lašai buvo naudojami du kartus per dieną penkias dienas. Mokslininkai teigia, kad toks gydymas veiksmingiau sumažino sausų akių požymius nei dažnai skiriamas ciklosporino preparatas „Restasis“, kuris daliai pacientų sukelia deginimą ar papildomą dirginimą.

    „Turime technologiją, kuri naudoja aplinkos šviesą, kad tiesiogiai atstatytų molekulę, kurios trūksta sergant sausų akių liga“, – sakė biomolekulinės inžinerijos mokslininkas David Leong Tai Wei.

    Kodėl dar anksti skelbti pergalę

    Nors rezultatai skamba ambicingai, tai vis dar ankstyvos stadijos tyrimai: saugumas ir veiksmingumas žmonėms turi būti patvirtintas klinikiniais tyrimais. Komanda nurodo, kad pasirengimas klinikiniams tyrimams jau vyksta, tačiau iki realaus gydymo praktikoje paprastai prireikia ne vienerių metų.

    Dar viena kliūtis – poveikio trukmė. Tyrėjai pastebi, kad dalelės akies ląstelėse laikui bėgant suyra ir efektyvumas po kelių valandų mažėja, todėl ateityje reikės sprendimų, kaip užtikrinti stabilesnį ir ilgesnį poveikį.

    Mokslininkai taip pat svarsto platesnį pritaikymą: jei audinys pasiekiamas matoma šviesa ir problemą lemia oksidacinis stresas, panaši strategija teoriškai galėtų būti svarstoma ir kitoms uždegiminėms būklėms. Vis dėlto artimiausias realistiškas tikslas išlieka saugus, patogus ir veiksmingas sausų akių gydymas, kuris sumažintų priklausomybę nuo nuolatinių lašų ir dirginančių preparatų.

  • Kodėl net sekvojos neauga iki dangaus: fizika, vanduo ir riba ties maždaug 130 metrų

    Aukščiausi pasaulio medžiai, tarp jų ir Kalifornijos sekvojos, atrodo tarsi paneigtų gamtos ribas. Vis dėlto net ir šie milžinai susiduria su aiškiu fizikos „lubų“ efektu, kuris ilgainiui sustabdo augimą.

    Medžiams aukštis yra konkurencinis pranašumas: kuo aukščiau laja, tuo daugiau saulės šviesos ir daugiau galimybių efektyviai vykdyti fotosintezę. Tačiau kylant į viršų didėja „kaina“ – vandens ir maisto medžiagų transportavimas tampa vis sudėtingesnis.

    Pagrindinė riba susijusi su vandens tiekimu. Vanduo į viršų keliauja per laidžiuosius audinius, o procesą varo transpiracija, kai vanduo garuoja per lapus, ir taip sukuriama trauka nuo šaknų iki lajos.

    Kuo medis aukštesnis, tuo labiau veikia gravitacija ir hidraulinis pasipriešinimas kamiene. Po tam tikro taško viršūnėje lapai pradeda gauti per mažai vandens, dėl to krenta fotosintezės efektyvumas, o naujų audinių formavimas tampa per brangus energijos prasme.

    Tyrėjų vertinimu, teorinė riba dažnai siejama su maždaug 122–130 metrų aukščiu, kai vandens stulpą išlaikyti vientisą tampa itin sunku. Praktikoje aukščiausi žinomi medžiai pasaulyje jau priartėję prie šio diapazono, todėl rekordai didėja labai lėtai.

    Svarbu ir tai, kad aukštyje keičiasi lapų struktūra: medžiai turi išlaikyti kompromisą tarp lapo dydžio, garinimo ir gebėjimo aprūpinti audinius vandeniu. Todėl labai aukštų sekvojų lapai dažnai išlieka gana siaurame dydžių intervale, kad bendra sistema būtų stabili.

    Neatsitiktinai aukščiausios sekvojos susiformavo Šiaurės Kalifornijos pakrantėje, kur sąlygos palankios ilgalaikiam augimui. Švelnesnis klimatas, pakankami krituliai ir derlingesnės dirvos padeda kaupti biomasę per šimtmečius.

    Itin reikšmingas veiksnys gali būti ir dažnas rūkas: laja gali gauti dalį drėgmės tiesiogiai iš oro, taip sumažindama priklausomybę nuo vien tik šaknų pumpuojamo vandens. Tai leidžia ilgiau išlaikyti „hidraulinę pusiausvyrą“ ir priartėti prie teorinės aukščio ribos.

    Galiausiai sekvojos yra pavyzdys, kaip biologija ir fizika susiderina iki kraštutinių ribų. Net ir įspūdingiausi gamtos rekordai remiasi labai konkrečiais apribojimais, o vienas svarbiausių jų – vandens tiekimas į aukščiausius lajos taškus.