Российская академия наук
Главный ботанический сад им.Н.В.Цицина
ЛАБОРАТОРИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ РАСТЕНИЙ
 
 Главная  || БиоДайджест || Коллекция ||

Американские биологи создали компьютерную модель фотосинтеза
Membrana.ru: Учёные из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign —UIUC) создали первую компьютерную модель растения, которое даёт больше листьев и плодов без внесения дополнительного количества удобрений. Такое стало возможным благодаря созданию модели эволюционного процесса.

Компьютерная модель должна просчитывать процессы, происходящие в реальных условиях. На этой фотографии показано, как система регистрации газообмена измеряет уровень диоксида углерода и перенос электронов в неповреждённых и работоспособных листьях (фото Don Hamerman).
Компьютерная модель должна просчитывать процессы, происходящие в реальных условиях. На этой фотографии показано, как система регистрации газообмена измеряет уровень диоксида углерода и перенос электронов в неповреждённых и работоспособных листьях (фото Don Hamerman).

С помощью фотосинтеза растения, фитопланктон и некоторые бактерии преобразуют энергию солнца в химическую энергию своих клеток. Бóльшая часть это процесса у растений происходит в листьях. При этом происходит целая цепь реакций с участием десятков белков-ферментов и других химических компонентов.

Компьютерная модель учёных имитирует все этапы процесса фотосинтеза. И хотя исследователи потратили на её создание уйму времени и средств, такой результат получить значительно легче и дешевле, чем если бы пришлось изучать влияние каждого белка в отдельности в реальном листе.

"Кроме того, теперь, когда процесс фотосинтеза у нас есть в виде некой программы, мы можем протестировать любые его вариации в самых разных условиях окружающей среды", — говорит Стивен Лонг (Steven Long), профессор биологии растений и растениеводства в UIUC и ответственный исполнитель исследования.

Чтобы провести все расчеты, биологам понадобились мощные ресурсы, и они обратились в Национальный центр суперкомпьютерных вычислений и интенсивных прикладных программ (National Center for Supercomputing Applications — NCSA).

Как сказано в пресс-релизе UIUC, сначала учёные просчитали относительное количество каждого из протеинов, вовлечённых в фотосинтез, потом создали массив связанных дифференциальных уравнений, каждое из которых может описать один шаг процесса.

Затем они модифицировали модель так, чтобы она максимально точно совпадала с реальным процессом (происходящим в листьях живых растений под влиянием внешних условий).

Стивен Лонг первым в своей лаборатории задался вопросом: "А можем ли мы спрогнозировать такие искусственные условия, в которых растение будет обладать гораздо большей урожайностью, нежели в природе?" (фото L. Brian Stauffer).

Стивен Лонг первым в своей лаборатории задался вопросом: "А можем ли мы спрогнозировать такие искусственные условия, в которых растение будет обладать гораздо большей урожайностью, нежели в природе?" (фото L. Brian Stauffer).
Далее учёные запрограммировали модель на беспорядочное варьирование количества тех или иных ферментов в процессе фотосинтеза (в предположении, что количество поступающего в организм растения азота стабильно). И заставили программу добиться от смоделированного растения максимальной урожайности.

Если считать, что эволюция – это отбор желаемых качеств, то можно сказать, что учёные "эволюционировали" растение до практически вдвое большей продуктивности (поэтапно компьютерная модель отобрала несколько белков, повышенное содержание которых привело к такому результату).

Эти данные сравнили с результатами предыдущих исследований трансгенных растений с повышенной урожайностью и обнаружили соответствие содержания белков в реальных тканях и в модели, что подтвердило её правильность.

Дополнительные сведения об этом необычном эксперименте вы найдёте в статье, опубликованной в журнале Plant Physiology.

Узнайте также о том, как учёные выяснили, что фотосинтез в растениях возможен и в отсутствие солнечного света.


Источник: PhysOrg.com
 [13/11/2007]
 

0
5 наиболее читаемых статей по теме:
Биология:

· Космическая радиация обжигает кирпичики жизни


· Чума могла вызвать похолодание в Европе


· Сенсационное открытие: зеленые растения выделяют метан

· Углекислый газ не идёт деревьям впрок

· Ватикан поддержал теорию Дарвина


 


 Главная || БиоДайджест || Коллекция ||



Открытие страницы: 0.412 секунды и 25 запросов к базе данных