Fotosynteesikoneiston dynaaminen säätely mahdollistaa kasvien sopeutumisen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin

Kaikki elämä maapallolla perustuu fotosynteesiin, jossa vihreät kasvit, levät ja eräät bakteerit keräävät valohaavisysteemillään auringon valoenergiaa ja tuottavat sen avulla vedestä ja hiilidioksidista yhdisteitä, joista saamme energiaa. Käytännössä kaikki orgaaninen energia autoihin tankattavasta polttoaineesta lounassämpyläämme on siis fotosynteesin tuotosta.

Pian loppuun käytetyt fossiiliset polttoaineet on korvattava biopolttoaineilla ja toisaalta maapallon räjähdysmäisesti kasvava väestömassa on ruokittava.  Jotta pystyisimme kehittämään uusia biopolttoaineita ja toisaalta jalostamaan viljelykasveista paremmin tuottavia, on meidän perusteellisesti ymmärrettävä, kuinka fotosynteesikoneisto toimii ja kuinka sitä säädellään.

Turun yliopistossa toimiva fotosynteesitutkimuksen yksikkö on tutkinut fotosynteesikoneiston säätely- ja suojamekanismeja jo pitkään. Itse tutustuin syvemmin fotosynteesireaktioihin yliopistossa jo aivan opintojeni alkuaikoina. Muistan vieläkin ajatelleeni, että tämä on maailman tärkein ja kiehtovin kemiallinen reaktio – tätä haluan alkaa tutkia! Heti seuraavana kesänä hain kesätyöpaikkaa fotosynteesitutkimuksen parista ja sille tielle jäin.

Aivan erityisesti olen kiinnostunut kasvien fotosynteesikoneiston rakenteesta ja sen eri osien järjestäytymisestä viherhiukkasen sisälle.  Vaikka periaatteessa tunnemme fotosynteesikoneiston yksittäiset pääkomponentit – eli entsyymit jotka reaktiota katalysoivat – emme esimerkiksi vielä tiedä, kuinka ne kasveilla ovat tarkalleen ottaen järjestäytyneet viherhiukkasen sisällä olevalle kalvorakenteelle, ja kuinka ne uudelleenjärjestäytyvät ympäristöolosuhteiden muuttuessa.

Omassa tutkimuksessani pyrin selvittämään kuinka eri fotosynteettiset entsyymit ovat kasvien viherhiukkasissa sijoittuneet toisiinsa nähden, miten ne ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja kuinka nämä vuorovaikutussuhteet muuttuvat valon määrän vaihdellessa. Valon määrä ja laatu eivät vaihtele pelkästään vuodenaikojen tai vuorokaudenajan mukaan vaan hyvinkin nopeasti esimerkiksi pilvisyyden tai kasvia varjostavan lehvästön vaikutuksesta.

Kasvit eivät pysty ympäristöään vaihtamaan, joten niiden on kyettävä sopeutumaan jatkuvasti vaihteleviin olosuhteisiin, koska vaikka valo on kasville välttämätöntä, voi se myös koitua sen kohtaloksi, mikäli kasvi ei pysty välittömästi vastaamaan muutoksiin valon määrässä. Entsyymien dynaaminen vuorovaikutus mahdollistaa kasvien sopeutumisen muuttuviin ympäristöolosuhteisin ja näiden vuorovaikutussuhteiden ymmärtäminen takaa, että saamme syödä lounassämpylämme myös tulevaisuudessa.

Marjaana Rantala
Kirjoittaja on molekulaarisen kasvibiologian tohtorikoulutettava.