Vilniaus universiteto mokslininkai su kolegomis iš Fizinių ir technologijos mokslų centro bei Karalienės Marijos Londono universiteto atskleidė augalų lapuose vykstančio nefotocheminio gesinimo molekulinius mechanizmus. Jie padeda augalui apsisaugoti nuo fotopažeidimų per didelio apšvietimo sąlygomis. Mokslininkų gauti rezultatai, paskelbti prestižiniame tarptautiniame žurnale „Nature Plants“, leido ne tik geriau suprasti kai kuriuos svarbius mus supančios gyvosios gamtos veikimo principų ypatumus, bet, tikėtina, ateityje užtikrins efektyvesnį Saulės energijos panaudojimą kuriant itin našius dirbtinius Saulės elementus.

Fotosintezė yra vienas svarbiausių Žemėje vykstančių fiziologinių procesų. Jos metu išsiskiria deguonis ir susidaro angliavandeniai – svarbios maistinės medžiagos. Įprastą saulėtą dieną augalai sugeria kur kas daugiau šviesos, nei gali panaudoti. Tokiu atveju atsiranda pavojus, kad fotosintetinėje membranoje susidarys įvairių aktyvių junginių, galinčių suardyti molekulinius fotosintetinius kompleksus. Kad to išvengtų, per tūkstančius metų augalai „išmoko“ neskausmingai išsklaidyti perteklinę energiją paversdami ją šiluma. Šis augalų savireguliacijos mechanizmas, veikiantis molekuliniu lygmeniu ir apsaugantis augalo fotosintetinį aparatą nuo intensyvios šviesos, pavadintas nefotocheminiu gesinimu. Pastaruosius du dešimtmečius jis aktyviai tyrinėjamas įvairiose pasaulio laboratorijose, tačiau iki šiol nebuvo aišku, kaip konkrečiai šis mechanizmas veikia.

Į šiuos klausimus straipsnyje „The nature of self-regulation in photosynthetic light-harvesting antenna“ atsakė Lietuvos ir užsienio mokslininkai. Iš augalų fotosintetinių membranų išskyrus pagrindinius šviesą sugeriančius pigmentų ir baltymų kompleksus (LHCII), Fizinių ir technologijos mokslų centre buvo detaliai išmatuota jų fluorescencijos spektrų laikinė ir temperatūrinė priklausomybė. Išanalizavę gautus rezultatus, tyrėjai iš VU Fizikos fakulteto Teorinės fizikos katedros priėjo prie išvados, kad už nefotocheminį gesinimą atsako retai pasitaikanti LHCII komplekso būsena, pasižyminti perteklinės energijos pernaša nuo chlorofilo į šalia esančią karotenoido molekulę. Be to, šio molekulinio fotoapsaugos mechanizmo efektyvumą užtikrina itin naši energijos pernaša tarp gretimų fotosintetinių anteninių kompleksų bei jų baltymo jautrumas aplinkos poveikiui: vos nežymiai išaugusi tikimybė LHCII kompleksui persijungti į „gesinančią“ būseną leidžia sistemai tinkamai prisitaikyti prie besikeičiančio krintančios šviesos intensyvumo ir nustatyti „tinkamą“ fotoapsaugos lygį, kuris nepaveiktų pačios fotosintezės efektyvumo. Visiškai perpratus šį procesą, mokslininkams atsivertų plačios galimybės valdyti fotosintezės efektyvumą ir taip padidinti augalų biomasės gamybą.

Eksperimentinius matavimus atliko Fizinių ir technologijos mokslų centro tyrėjai Egidijus Songaila ir dr. Ramūnas Augulis, gautus duomenis analizavo VU Fizikos fakulteto Teorinės fizikos katedros darbuotojai dr. Jevgenijus Chmeliovas, Andrius Gelžinis ir prof. Leonas Valkūnas. Tyrėjai iš Jungtinės Karalystės dr. Christopheris D. P. Duffy ir prof. Alexanderis V. Rubanas prisidėjo prie bandinių ruošimo ir publikacijos rengimo spaudai. Tyrimus finansavo Lietuvos mokslo taryba. Teoriniai skaičiavimai atlikti panaudojant VU Fizikos fakultete esantį superkompiuterį „HPC Saulėtekis“.