Фотосистема II под микроскопом математики. Экологический мониторинг нового уровня
Исследовательский коллектив кафедры биофизики биологического факультета МГУ разработал математическую модель для оценки свойств фотосистемы II (ФС II), важного компонента фотосинтетического аппарата растений. Модель может быть использована для анализа состояния окружающей среды и экологического мониторинга благодаря своей чувствительности к внешним условиям. Результаты исследования опубликованы в журнале Photosynthesis Research.
Фототрофы, включая растения, водоросли и некоторые бактерии, зависят от среды обитания, особенно от света и влажности, а также доступности минеральных ресурсов. Солнечный свет является основным источником энергии для фототрофов. Поглощение света запускает реакции, преобразующие световую энергию в химическую, используемую для синтеза органических соединений.
Фотосистема II, важная часть фотосинтетического аппарата, имеет сложную структуру. Основные компоненты ФС II включают светособирающую антенну и кислород-выделяющий комплекс (КВК). Различия в этих компонентах определяют гетерогенность ФС II, проявляющуюся даже в одном организме.
Исследования ФС II ведутся уже десятилетия. Сигнал от ФС II, называемый кривой индукции флуоресценции, можно получить с помощью флуориметра. Форма кривой отражает состояние компонентов ФС II и активность фотосинтетического аппарата, что вызывает интерес к математическому моделированию этого сигнала. Однако существующие модели слишком сложны и не подходят для анализа большого числа экспериментальных данных.
Сотрудники МГУ разработали математическую модель, основанную на принципе иерархии времен, что позволило создать упрощенную модель для экспресс-анализа данных. Модель сохраняет все необходимые реакции для описания экспериментальной кривой и удобна для анализа большого массива данных.
Модель применили для оценки гетерогенности ФС II различных фототрофных организмов, обработанных диуроном, что позволяет более точно оценить размер антенны. Исследования проводились на водорослях Chlamydomonas, Scenedesmus и Chlorella при различных условиях освещения, температуры и содержания минеральных элементов. Результаты показали, что модель позволяет наблюдать изменения размера антенны и активности КВК при изменении условий культивирования.
«Легкость получения экспериментальных кривых, с одной стороны, и простота в использовании модели, с другой, позволяют использовать комплекс флуориметр плюс модель для получения экспресс-оценок состояния ФС II. Разработанная модель будет полезной в качестве инструмента для проведения экологического мониторинга, а также в агробиотехнологии,»
- Татьяна Плюснина, автор исследования, доцент кафедры биофизики биологического факультета МГУ
Модель МГУ обеспечивает простой и эффективный способ анализа фотосинтетических процессов, что делает её ценным инструментом для экологического мониторинга и агробиотехнологии.
