科學家在藍藻中發現了一種新的酶功能，可以促進作物更好地捕獲碳，從而有可能增加糧食產量並增強氣候適應能力。
研究人員發現了一種被描述為「隱藏在大自然藍圖中」的關鍵酶的機制，闡明了細胞如何控制碳固定的關鍵過程，這是地球生命的基本過程。
這一發現可以幫助設計能夠更有效地從大氣中吸收二氧化碳的氣候適應作物，從而有助於在此過程中生產更多食物。這一突破是由澳洲國立大學（ANU）和紐卡素大學（UoN）的科學家取得的。
這項研究於 5 月 10 日發表在【科學進展】雜誌上，展示了一種名為羧基體碳酸酐酶 (CsoSCA) 的酶的一種以前未知的功能，這種酶存在於藍細菌（也稱為藍綠藻）中，可以最大限度地提高微生物的提取能力來自大氣的二氧化碳。
藍藻以其在湖泊和河流中有毒的繁殖而聞名。但這些藍綠色的小蟲子分布廣泛，也生活在世界各地的海洋中。
盡管它們可能對環境造成危害，但研究人員將它們描述為「微小的碳超級英雄」。透過光合作用過程，它們每年捕獲世界約 12% 的二氧化碳，發揮著重要作用。
藍細菌是一組光合細菌，通常被稱為「藍綠藻」，盡管它們是原核生物而不是真正的藻類。這些生物體存在於從海洋到淡水到裸露巖石的各種水生和陸地環境中。藍藻以其進行產氧光合作用的能力而聞名，這意味著它們會像植物一樣產生氧氣作為副產品。這個過程對於地球上的生命至關重要，因為它極大地促進了大氣中氧氣的產生。
來自澳洲國立大學的第一作者、博士研究員 Sacha Pulsford 描述了這些微生物在捕獲碳方面的效率如何非常高。
「與植物不同，藍藻有一個稱為二氧化碳濃縮機制（CCM）的系統，這使得它們能夠固定大氣中的碳並將其轉化為糖，其速度比標準植物和農作物物種要快得多，」普爾斯福德女士說。
CCM 的核心是稱為羧基體的大型蛋白質區室。這些結構負責隔離二氧化碳、容納 CsoSCA 和另一種稱為 Rubisco 的酶。
CsoSCA 和 Rubisco 酶協同工作，證明了 CCM 的高效性質。 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 可以將其吞噬並轉化為糖供細胞食用。
主要作者、來自北方大學的 Ben Long 博士說：「到目前為止，科學家們還不確定 CsoSCA 酶是如何控制的。我們的研究重點是解開這個謎團，特別是在全球發現的一大類藍藻細菌中。我們的發現完全出乎我們的意料。
「CsoSCA 酶隨著另一種稱為 RuBP 的分子的節奏起舞，後者像開關一樣啟用它。
「把光合作用想象成做三明治。空氣中的二氧化碳是填充物，但光合細胞需要提供麪包。那是魯BP。
「就像你需要麪包來制作三明治一樣，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。當有足夠的量時，酶就會啟動。但如果細胞中的 RuBP 耗盡，酶就會關閉，從而使系統高度調諧且高效。
「令人驚訝的是，CsoSCA 酶一直嵌入在大自然的藍圖中，等待被發現。」
科學家們表示，對能夠更有效地捕獲和利用二氧化碳的作物進行改造，將大大提高作物產量，同時減少對氮肥和灌溉系統的需求，從而為農業提供巨大的推動力。
它還將確保世界糧食系統更能適應氣候變遷。
普爾斯福德女士說：「了解 CCM 的工作原理不僅豐富了我們對地球生物地理化學基礎的自然過程的了解，還可以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。」
