Le diatomee sono minuscole piante unicellulari, non più grandi di mezzo millimetro, che abitano le acque superficiali degli oceani del mondo, dove la penetrazione della luce solare è abbondante. Nonostante le loro modeste dimensioni, sono una delle risorse più potenti al mondo per la rimozione dell'anidride carbonica (CO ₂ ) dall'atmosfera. attualmente rimuovono, o "aggiustare, " 10-20 miliardi di tonnellate di CO ₂ ogni anno dal processo di fotosintesi. Ma non si sa molto sui meccanismi biologici utilizzati dalle diatomee, e se questi processi potrebbero diventare meno efficaci con l'aumento dell'acidità degli oceani, temperature, e, in particolare, CO ₂ concentrazioni. Un nuovo studio in Frontiere nella scienza delle piante mostra che le diatomee utilizzano prevalentemente una via per concentrare la CO ₂ in prossimità dell'enzima che fissa il carbonio e che questo continua a funzionare anche a CO . più elevato ₂ concentrazioni.

"Dimostriamo che le diatomee marine sono super intelligenti nel fissare la CO . atmosferica ₂ anche all'attuale livello di CO ₂ —e la variabilità della CO . dell'acqua di mare superficiale ₂ i livelli non hanno influenzato l'espressione genica e l'abbondanza dei cinque enzimi chiave utilizzati nella fissazione del carbonio, "dice il capogruppo dello studio, Dr. Haimanti Biswas dell'Istituto Nazionale di Oceanografia-CSIR (Consiglio della Ricerca Scientifica e Industriale), India. "Questo risponde a una domanda chiave su come le diatomee marine possono rispondere al futuro aumento della CO . atmosferica ₂ livelli."

Il regno vegetale ha sviluppato un'ampia gamma di meccanismi per concentrare la CO ₂ dall'aria, o acqua, e trasformandolo in carbonio organico. In questo modo, gli impianti convertono CO ₂ in glucosio e altri carboidrati, che usano come elementi costitutivi e immagazzinamento di energia. Ma questi diversi meccanismi hanno diversi punti di forza e di debolezza. Un po' ironicamente, l'unico enzima che fissa il carbonio, RuBisCO, è notoriamente inefficiente nel fissare la CO ₂ e quindi le piante hanno bisogno di mantenere la CO ₂ livelli elevati In prossimità di questo enzima.

Per capire meglio quale meccanismo utilizzano le diatomee per concentrare la CO ₂ , Biswas e i suoi collaboratori, I dottori Chris Bowler e Juan Jose Pierella Karluich dell'Institut de Biologie de I'Ecole Normale Supérieure, Parigi, Francia, ha estratto un set di dati dalla spedizione di ricerca Tara Oceans. La spedizione internazionale Tara ha raccolto campioni di plancton marino da tutto il mondo per diversi anni (dal 2009 al 2013). Questi includevano più di 200 metagenomi (che mostrano l'abbondanza dei geni responsabili dei cinque enzimi chiave) e oltre 220 metatrascrittomi (che mostrano l'espressione dei geni per i cinque enzimi chiave) da diatomee di diverse classi di dimensioni.

Biswas e i suoi collaboratori erano particolarmente interessati alla frequenza con cui sono presenti i geni di cinque enzimi chiave che fissano il carbonio, e se ci fossero differenze nella loro abbondanza e nei livelli di espressione a seconda della posizione e delle condizioni. Su tutti i campioni misurati, un enzima era circa dieci volte più abbondante di qualsiasi altro enzima. Questo enzima, chiamato anidrasi carbonica, è particolarmente informativo perché conferma anche che le diatomee stanno attivamente pompando in CO disciolta ₂ all'interno della cellula, rispetto alla trasformazione biochimica della CO ₂ primo.

Il team ha anche osservato modelli diversi e complessi dell'espressione genica degli enzimi chiave, che variava a seconda della latitudine e della temperatura. I ricercatori sperano di saperne di più utilizzando nuovi set di dati provenienti da future spedizioni più ampiamente percorse.

"Finora, il nostro studio indica che, nonostante la variabilità della CO ₂ livelli, questi minuscoli autotrofi sono altamente efficienti nel concentrare la CO ₂ all'interno della cellula, " dice Biswas. "Questa è la probabile ragione per la loro capacità di fissare quasi un quinto della fissazione globale del carbonio sulla terra".