Barrträden förbrukar syre i tuffa tider

Växternas fotosyntes, som sker i thylakoid-membranen inuti bladens kloroplaster, frigör syre till vår atmosfär och producerar kolhydrater.

Djur och svampar gör det motsatta, det vill säga de förbrukar syre under andningen. Även växter andas, till exempel under natten och i rötterna, men under dagen är bladen och barren riktiga syrefabriker.

Vinterbarr beter sig tvärtom

Nu har forskare vid Umeå universitet gjort en förvånande upptäckt med hjälp av ett nytt instrument som mäter det syre som frigörs under fotosyntesen.

Det visade sig att gröna thylakoidmembran-prover från tall- och granbarr på vintern betedde sig tvärtom jämfört med sommarbarr. De förbrukade syre även i dagsljus.

– Jag trodde att det var något fel på instrumentet och upprepade mätningarna. Men jag fick samma resultat över flera vintrar och för både tall och gran, säger forskaren Tatyana Shutova vid Umeå universitet.

Protein är inblandat i processen

Forskarna gick vidare och undersökte fenomenet med hjälp av en kombination av sofistikerade tekniker. De använde bland annat ett specialinstrument som gjorde det möjligt att skilja mellan producerat och förbrukat syre.

För att fastställa exakt var syret förbrukades fick forskarna använda uteslutningsmetoden för att ta bort alla andra reaktioner som potentiellt kunde förbruka syre.

– Till slut återstod bara ett alternativ: syreförbrukningen skedde runt fotosystem I – ett av de två huvudsakliga fotosyntes-komplexen – och med hjälp av en speciell typ av protein som kallas Flavodiiron-protein, förklarar forskaren Pushan Bag.

Flavodiiron-proteiner finns i alger och cyanobakterier. Det bidrar till att skydda deras fotosyntesapparat från skador när ljuset blir för starkt. Blomväxter har förlorat proteinerna under sin utveckling, men barrträden har dem kvar. Den aktuella studien tyder på att de bidrar till högljusskydd även i barrträd.

Tidigt på våren förbrukar barrträdens barr syre även under dagen. Bild: Stefan Jansson

Barrträd tar det säkra före det osäkra

I en tidigare studie identifierade forskarna en annan mekanism – en slags kortslutning mellan fotosystem II och I som används av barrträd för att skydda deras fotosyntesapparat under vintern.

– Det finns intressanta paralleller mellan dessa två studier. I båda fallen har barrträden behållit en process som finns hos mer primitiva växter men som blomväxterna har förlorat eller inte utnyttjar i samma utsträckning. Barrträden verkar ta det säkra före det osäkra, de kan vara mindre effektiva under optimala förhållanden men i stället mer konkurrenskraftiga i tuffa klimat, säger forskaren Stefan Jansson vid Umeå universitet.

Forskningen har gjorts vid Umeå universitet i samarbete med  University of Western Ontario i Kanada.

Vetenskaplig studie:

Flavodiiron-mediated O2 photoreduction at photosystem I acceptor-side provides photoprotection to conifer thylakoids in early spring, Nature Communications.

Kontakt:

Stefan Jansson, professor i växters cell- och molekylärbiologi vid Umeå universitet, stefan.jansson@umu.se