Unser gesamtes Leben baut auf Photosynthese auf. Die musste sich im Laufe der Zeit an große Veränderungen in der Umwelt anpassen. Eine neue Studie zeigt, wie sie das geschafft hat und was die Erkenntnis darüber für die zukünftige Photosynthese und auch unser Klima bedeuten kann.
Das Forschungsquartett – dieses Mal in Kooperation mit der Max-Planck-Gesellschaft
Das zentrale Enzym der Photosynthese ist Rubisco, das CO2 bindet und anschließend in Zucker umwandelt. Entstanden ist das Enzym vor Milliarden von Jahren, als es noch keinen Sauerstoff gab. Dann haben sich die Umweltbedingungen verändert und es musste sich an die sauerstoffhaltige Umgebung anpassen. Das Enzym fing an, statt nur CO2 auch Sauerstoff zu binden, was dazu führte, dass die Pflanzen Energie und CO2 verschwendeten. Es musste also lernen, Sauerstoff von CO2 zu unterscheiden. Mit der Zeit verwechselte es die beiden Gase weniger häufig, was bedeutet, dass sich die CO2-Spezifität erhöht hat.
Die Wissenschaftler Dr. Georg Hochberg, Prof. Tobias Erb und Luca Schulz vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg untersuchten in einer Studie, wie es Rubisco geschafft hat, sich besser an den Sauerstoff anzupassen. Auffällig war, dass die Enzyme, die weniger oft CO2 mit Sauerstoff verwechseln, eine neue Proteinkomponente aufweisen.
Wir konnten zeigen, dass es die neue Proteinkomponente dem Enzym möglich gemacht hat, öfter CO2 zu binden als Sauerstoff. Das hätte es ohne die Komponente nicht einfach erreichen können.
Dr. Georg Hochberg, Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, Marburg
Auch wenn die heutigen Rubiscos weniger oft Sauerstoff mit CO2 verwechseln, kommt dieser Fehler immer noch vor. Die Studie zeigt, dass neue Proteinkomponenten an Rubisco gehängt werden können und dadurch neue Mutationen möglich sind – das Enzym bleibt veränderbar. In der weiteren Forschung sollen deshalb auch synthetische Komponenten an das Enzym gehängt werden, die es so verändern, wie es sich natürlicherweise nicht verändern kann.
Was das ganz praktisch bedeutet und wieso die Erkenntnis auch dem Klima helfen kann, darüber hat detektor.fm-Redakteurin Alina Haynert mit Dr. Georg Hochberg, dem Leiter der Studie, gesprochen. Was sie dabei herausgefunden hat, erzählt sie detektor.fm-Moderatorin Amelie Berboth in der neuen Ausgabe vom Forschungsquartett.