ilmuwan menemukan jenis fotosintesis baru pada alga

Penampang batu pantai (Heron Island, Australia) menunjukkan klorofil-f mengandung cyanobacteria (jalur hijau) yang tumbuh jauh ke dalam batu, beberapa milimeter di bawah permukaan. Kredit: Dennis Nuernberg

Penemuan ini mengubah pemahaman kita tentang mekanisme dasar fotosintesis dan harus menulis ulang buku teks.

Ini juga akan menyesuaikan cara kita berburu kehidupan asing dan memberikan wawasan tentang bagaimana kita bisa merancang tanaman yang lebih efisien yang memanfaatkan panjang gelombang cahaya yang lebih panjang

Penemuan yang dipublikasikan hari ini di Science, dipimpin oleh Imperial College London, didukung oleh BBSRC, dan melibatkan kelompok-kelompok dari ANU di Canberra, CNRS di Paris dan Saclay dan CNR di Milan.

Sebagian besar kehidupan di Bumi menggunakan cahaya merah yang terlihat dalam proses fotosintesis, tetapi tipe baru menggunakan cahaya inframerah telah di temukan sebagai gantinya,ini terdeteksi di dalam cyanobacteria (ganggang biru-hijau) ketika mereka tumbuh di dekat cahaya inframerah, ditemukan dalam kondisi yang teduh seperti tikar bakteri di Yellowstone dan di pantai batu di Australia.

Sebagaimana telah ditemukan oleh para ilmuwan,ini juga terjadi di lemari yang dilengkapi dengan LED inframerah di Imperial College London.

Fotosintesis yang melampaui batas standar

Jenis fotosintesis standar yang hampir universal menggunakan pigmen hijau, klorofil-a, keduanya mengumpulkan cahaya dan menggunakan energinya untuk membuat biokimia dan oksigen yang berguna.Ketika klorofil-a menyerap cahaya hanya energi dari cahaya merah yang dapat digunakan untuk fotosintesis.

Karena klorofil-a terdapat pada semua tanaman, alga dan cyanobacteria yang kita ketahui, hal dianggap bahwa energi cahaya merah sebagai 'standar' untuk fotosintesis; yaitu, jumlah minimum energi yang diperlukan untuk melakukan proses kimia yang digunakan untuk menghasilkan oksigen, Batas standar ini digunakan dalam ilmu astrobiologi untuk mencari apakah ada kehidupan yang kompleks yang bisa berevolusi di planet-planet di tata surya lainnya.

Namun, ketika beberapa cyanobacteria ditanam di dekat sinar inframerah, sistem klorofil-a-yang merupakan standar fotosinteisi,  digantikan oleh sistem yang berbeda yang mengandung jenis klorofil yang berbeda,yaitu klorofil-f, dan mengambil alihnya.

Hingga saat ini, diperkirakan bahwa klorofil-f yang meyerap energi cahaya tersebut.Penelitian baru menunjukkan bahwa alih-alih klorofil-f memainkan peran kunci dalam fotosintesis di bawah kondisi yang berbayang, menggunakan cahaya inframerah energi rendah untuk melakukan proses kimia kompleks/fotosintesis. Ini adalah fotosintesis 'di luar batas standar'..

Peneliti utama Profesor Bill Rutherford, dari Departemen Ilmu Kehidupan di Imperial, mengatakan: "Bentuk baru fotosintesis ini membuat kami memikirkan kembali apa yang kami pikir mungkin terjadi Ini juga mengubah cara kita memahami peristiwa penting di jantung fotosintesis standar. Ini adalah buku pelajaran yang mengubah hal tersebut. "

Koloni sel-sel Chroococcidiopsis-seperti memiliki warna yang berbeda yang sedang melakukan proses fotosintesis. ini dilakukan oleh klorofil-a  dan klorofil-f . Kredit: Dennis Nuernberg

Mencegah kerusakan karena cahaya

Cyanobacterium lain, Acaryochloris, sudah diketahui melakukan fotosintesis di luar batas standar. Namun, karena hanya terjadi pada satu spesies ini, dengan habitat yang sangat spesifik, itu dianggap sebagai 'pertama kali'. Acaryochloris hidup di bawah semburan air laut hijau yang menampakkan sebagian besar cahaya yang terlihat hanya meninggalkan sinar-inframerah.

Fotosintesis berbasis klorofil-f dilaporkan hari ini merupakan jenis ketiga fotosintesis yang tersebar luas. Namun, ini hanya digunakan dalam kondisi berbayang bayang inframerah, khusus dalam kondisi cahaya normal, bentuk standar fotosintesis masih digunakan.

Diperkirakan bahwa kerusakan ringan akan lebih parah di luar batas standar, tetapi studi baru menunjukkan bahwa itu bukan masalah dalam lingkungan yang stabil dan teduh.

Rekan penulis Dr. Andrea Fantuzzi, dari Departemen Ilmu Kehidupan di Imperial, mengatakan: "Menemukan jenis fotosintesis yang bekerja di luar batas standar mengubah pemahaman kita tentang kebutuhan energi fotosintesis. Ini memberikan wawasan tentang penggunaan energi cahaya dan ke dalam mekanisme yang melindungi sistem terhadap kerusakan oleh cahaya. "

Wawasan ini dapat berguna bagi para peneliti yang mencoba merekayasa tanaman untuk melakukan fotosintesis yang lebih efisien dengan menggunakan lebih banyak cahaya .Bagaimana cyanobacteria ini melindungi diri dari kerusakan yang disebabkan oleh variasi kecerahan cahaya, dapat membantu para peneliti menemukan apa yang layak untuk dikerjakan ke tanaman tanaman.

More information: Dennis J. Nürnberg et al, Photochemistry beyond the red limit in chlorophyll f–containing photosystems, Science (2018)