Fytokromit ovat kasvin silmät. Niiden avulla ne pystyvät havaitsemaan valon värin, voimakkuuden ja laadun muutokset, jotta kasvit voivat reagoida ja sopeutua.

“Ne ohjaavat kaikkia kasvin elämän osa-alueita”, sanoo Kalifornian yliopiston Davisin biokemian professori Clark Lagarias.

Kantakasvien fytokromit reagoivat punaiseen valoon – kasvit absorboivat punaista valoa ja heijastavat vihreää valoa, minkä vuoksi ne näyttävät vihreiltä. Punainen valo ei tunkeudu kauas veteen, ja joistakin meri- ja rantalevistä puuttuvat fytokromigeenit.

Mutta toisilta puuttuvat, joten Lagarias ja kollegat tutkivat erilaisten levien fytokromien ominaisuuksia ja havaitsivat, että levien fytokromit pystyvät maakasvien fytokromien tavoin havaitsemaan valoa koko näkyvän spektrin alueella – sinistä, vihreää, keltaista, oranssia, punaista ja kaukaa punaista.

Tämä laaja spektrin kattavuus auttaa todennäköisesti leviä hyödyntämään kaiken mahdollisen valon meressä, Lagarias sanoo, olipa kyse sitten valoa keräävän kemian mukauttamisesta muuttuviin olosuhteisiin tai noususta ja vajoamisesta vesipatsaassa valon määrän muuttuessa pinnalla.

Koska valon eri värit tunkeutuvat eri syvyyksiin vedessä, levät kohtaavat valon keräämisessä haasteita, joita maakasvit eivät kohtaa. Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä julkaistu uusi tutkimus osoittaa, että levät pystyvät vastaamaan tilanteeseen.

“Sinne ja takaisin”

Fytokromeilla itsellään on pitkä evoluutiohistoria, ja ne ovat todennäköisesti syntyneet hapen ja biliinien, klorofylliin läheisesti sidoksissa olevien pigmenttimolekyylien ja hemoglobiinissa olevan happea kuljettavan hemi-pigmentin vuorovaikutuksesta, Lagarias sanoo.

Esimuoto näyttäisi olevan herkkä punaista valoa kohtaan, samankaltainen kuin nykyaikaisten maata kasvavien kasvien sisältämät fytokromit. Mutta alkuperän ja nykypäivän välillä fytokromit kävivät läpi massiivisen monimuotoisuuden vaiheen, jolloin ne pystyivät havaitsemaan paljon laajemman aallonpituusvalikoiman.

“Se on molekyyli, joka on ollut siellä ja takaisin”, Lagarias sanoo.

Löydökset auttavat tutkijoita ymmärtämään paremmin valon ja valoon reagoimisen roolia ekologian muotoutumisessa, ja antavat mallin siitä, miten elävät solut reagoivat valoon. Ne voivat myös auttaa sellaisten vesiviljelykasvien jalostuksessa, jotka voisivat hyödyntää erilaisia valo-olosuhteita.

Työn kirjoittajat ovat UC Davisista, Rutgersin yliopistosta, Monterey Bayn akvaariotutkimuslaitoksesta ja Kanadan huippututkimusinstituutista. Kansalliset terveysinstituutit, kansallinen tiedesäätiö, Yhdysvaltain maatalousministeriö, puolustusministeriö, Packard-säätiö sekä Gordon ja Betty Moore -säätiö rahoittivat tutkimusta.