研究人員發現了一種被稱為”隱藏在大自然藍圖中”的關鍵酶的機制，揭示了細胞如何控制碳固定的關鍵過程，而碳固定是地球生命的基本過程。這項發現有助於設計出能夠更有效地從大氣中吸收二氧化碳的氣候適應性作物，並在此過程中幫助生產更多的糧食。澳洲國立大學（ANU）和紐卡斯爾大學（UoN）的科學家們取得了這項突破。

5月10日發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上的這項研究展示了一種名為羧基體碳酸酐酶（CsoSCA）的酶以前未知的功能，這種酶存在於藍藻（又稱藍綠藻）中，能最大限度地提高微生物從大氣中提取二氧化碳的能力。

藍藻因其在湖泊和河流中的有毒繁殖而廣為人知。但這些藍綠色的細菌分佈廣泛，也生活在世界的海洋中。

雖然它們會對環境造成危害，但研究人員將它們描述為”微小的碳超級英雄”。透過光合作用，它們每年在捕捉全球約12% 的二氧化碳方面發揮著重要作用。

藍細菌是一組光合細菌，通常被稱為”藍藻”，儘管它們是原核生物而不是真正的藻類。從海洋、淡水到裸岩，這些生物廣泛存在於各種水生和陸地環境中。藍藻以其進行含氧光合作用的能力而聞名，這意味著它們會產生氧氣作為副產品，與植物類似。這個過程對地球上的生命至關重要，因為它為大氣中氧氣的產生做出了重要貢獻。

第一作者、澳洲國立大學博士研究員薩沙-普爾斯福德（Sacha Pulsford）介紹了這些微生物捕捉碳的驚人效率。

Pulsford女士說：”與植物不同，藍綠藻有一個稱為二氧化碳濃縮機制（CCM）的系統，它能固定大氣中的碳並將其轉化為糖，其速度明顯快於標準植物和農作物物種。”

CCM 的核心是被稱為羧基體的大型蛋白質區。這些結構負責封存二氧化碳，容納CsoSCA 和另一種叫做Rubisco 的酵素。

CsoSCA 和Rubisco 兩種酵素協同工作，顯示出CCM 的高效特性。 CsoSCA 的作用是在羧基體內產生局部高濃度的二氧化碳，然後Rubisco 可以吞噬這些二氧化碳，並將其轉化為糖供細胞食用。

論文的主要作者、英國國立大學的本-朗博士說：”到目前為止，科學家們還不清楚CsoSCA酶是如何受控的。我們的研究重點是揭開這個謎團，尤其是在遍布全球的一個主要藍藻群中。餡料，但光合作用細胞需要提供麵包。

“就像做三明治需要麵包一樣，二氧化碳轉化為糖的速度取決於RuBP 的供應速度。CsoSCA酶向Rubisco提供二氧化碳的速度取決於RuBP的含量。當RuBP足夠多時，酶就會開啟。但是，如果細胞中的RuBP 用完了，酶就會關閉，從而使系統高度調整和高效。

科學家說，工程作物在捕獲和利用二氧化碳方面的效率更高，這將大大提高作物產量，同時減少對氮肥和灌溉系統的需求，從而極大地促進農業發展，它還可以確保世界糧食系統更能適應氣候變遷。

Pulsford 女士說：”了解CCM 的工作原理不僅能豐富我們對地球生物地球化學基本自然過程的認識，還能指導我們為世界面臨的一些最大的環境挑戰制定可持續的解決方案。”

編譯來源：ScitechDaily