Phytochromes zijn de ogen van een plant. Ze stellen hen in staat veranderingen in de kleur, intensiteit en kwaliteit van het licht te detecteren, zodat planten kunnen reageren en zich kunnen aanpassen.

“Ze controleren alle aspecten van het leven van een plant,” zegt Clark Lagarias, hoogleraar biochemie aan de University of California, Davis.

Phytochromen van landplanten reageren op rood licht-planten absorberen rood en reflecteren groen licht, daarom zien ze er groen uit. Rood licht dringt niet ver door in water, en sommige zee- en kustalgen missen fytochroomgenen.

Maar andere niet, dus Lagarias en collega’s keken naar de eigenschappen van fytochromen van een verscheidenheid van algen en ontdekten dat fytochromen van algen, in tegenstelling tot die van landplanten, in staat zijn om licht waar te nemen in het hele zichtbare spectrum-blauw, groen, geel, oranje, rood en ver-rood.

Dit brede spectrale bereik helpt algen waarschijnlijk gebruik te maken van al het licht dat ze in de oceaan kunnen krijgen, zegt Lagarias, of het nu gaat om het aanpassen van hun licht-oogstchemie aan veranderende omstandigheden, of het stijgen en dalen in de waterkolom als het lichtniveau aan de oppervlakte verandert.

Omdat verschillende kleuren licht tot verschillende diepten in het water doordringen, worden algen geconfronteerd met uitdagingen bij het oogsten van licht die landplanten niet hebben. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, laat zien dat algen deze uitdaging aankunnen.

‘Been there and back again’

Phytochromen zelf hebben een lange evolutionaire geschiedenis en zijn waarschijnlijk ontstaan uit de interactie tussen zuurstof en bilines, pigmentmoleculen die nauw verbonden zijn met chlorofyl en het zuurstofdragende heempigment in hemoglobine, zegt Lagarias.

De voorouderlijke vorm blijkt gevoelig te zijn voor rood licht, vergelijkbaar met fytochromen van moderne landplanten. Maar tussen de oorsprong en vandaag gingen fytochromen door een fase van enorme diversiteit toen ze een veel breder scala aan golflengten konden detecteren.

“Het is een molecuul dat daar is geweest en weer terug,” zegt Lagarias.

De ontdekkingen helpen onderzoekers om de rol van licht en de reactie op licht bij het vormgeven van ecologie beter te begrijpen, evenals een model voor hoe levende cellen op licht reageren. Ze zouden ook kunnen helpen bij het kweken van aquatische gewassen die kunnen profiteren van verschillende lichtomstandigheden.

Coauteurs op het papier zijn van UC Davis, Rutgers University, het Monterey Bay Aquarium Research Institute en het Canadese Institute for Advanced Research. De National Institutes of Health, de National Science Foundation, het Amerikaanse ministerie van Landbouw, het ministerie van Defensie, de Packard Foundation, en de Gordon and Betty Moore Foundation zorgden voor de financiering.