Phytokromer är ögonen på en växt. De gör det möjligt för dem att upptäcka förändringar i ljusets färg, intensitet och kvalitet så att växterna kan reagera och anpassa sig.

“De kontrollerar alla aspekter av en växts liv”, säger Clark Lagarias, professor i biokemi vid University of California, Davis.

Phytokromer från landväxter reagerar på rött ljus – växter absorberar rött och reflekterar grönt ljus, vilket är anledningen till att de ser gröna ut. Rött ljus tränger inte långt in i vattnet, och vissa havs- och kustalger saknar fytokromgener.

Men andra gör det inte, så Lagarias och kollegor undersökte egenskaperna hos fytokromer från en mängd olika alger och fann att fytokromer från alger, till skillnad från fytokromer från landväxter, kan uppfatta ljus i hela det synliga spektrumet – blått, grönt, gult, orange, rött och långt rött.

Denna breda spektraltäckning hjälper sannolikt algerna att utnyttja allt ljus de kan i havet, säger Lagarias, oavsett om de justerar sin kemi för att samla in ljus för att anpassa sig till förändrade förhållanden, eller om de stiger och sjunker i vattenpelaren när ljusnivåerna vid ytan förändras.

Om olika ljusfärger tränger in på olika djup i vattnet står algerna inför utmaningar när det gäller att samla in ljus, vilket landväxter inte gör. Den nya forskningen, som publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences, visar att algerna kan klara detta.

“Been there and back again”

Fytokromerna i sig har en lång evolutionär historia och uppstod troligen genom interaktionen mellan syre och biliner, pigmentmolekyler som är nära knutna till klorofyll och det syrebärande heme-pigmentet i hemoglobin, säger Lagarias.

Fytokromerna i sig verkar vara känsliga för rött ljus, vilket liknar fytokromerna hos moderna landväxter. Men mellan ursprunget och idag genomgick fytokromerna ett skede av massiv mångfald då de kunde upptäcka ett mycket bredare spektrum av våglängder.

“Det är en molekyl som har varit där och tillbaka igen”, säger Lagarias.

Upptäckterna hjälper forskarna att bättre förstå ljusets roll och responsen på ljuset när det gäller att forma ekologin, samt att skapa en modell för hur levande celler reagerar på ljus. De kan också hjälpa till vid förädling av vattenväxter som kan dra nytta av olika ljusförhållanden.

Avhandlingens medförfattare kommer från UC Davis, Rutgers University, Monterey Bay Aquarium Research Institute och Canadian Institute for Advanced Research. Finansieringen har skett genom National Institutes of Health, National Science Foundation, det amerikanska jordbruksdepartementet, försvarsdepartementet, Packard Foundation och Gordon and Betty Moore Foundation.