Vědci obešli nedokonalost fotosyntézy. Jejich biologický most zvýšil růst rostlin o 40 procent

Mezinárodní vědecký tým dokázal vylepšit u rostlin proces spojený s fotosyntézou tak, že rostliny na ni vydají méně energie. Tu pak mohou věnovat růstu, díky čemuž mohou poskytnout výrazně větší úrodu. Jsou také odolnější proti vyšším teplotám.

Rostliny mění sluneční světlo na energii procesem, kterému se říká fotosyntéza. Jak říká definice pro základní školy, „je to složitý biochemický proces, při kterém se mění přijatá energie světelného záření na energii chemických vazeb“. Jenže většina rostlin na Zemi, které tento proces využívají, to neumí moc efektivně – vyvinuly si proces, kterému se říká fotorespirace.

Ten je dost energeticky náročný. Američtí vědci teď vymysleli, jak fotorespiraci obejít – díky této „zkratce“ jsou pak rostliny až o 40 procent výnosnější než za normálních okolností. Autoři objevu jsou z výsledků nadšení: „Mohli bychom nakrmit dalších 200 milionů lidí jen s kaloriemi, o které přijdeme ročně na americkém středozápadu kvůli fotorespiraci,“ uvedl hlavní autor výzkumu Donald Ort. Podle něj by právě tento proces mohl pomoci s nasycením stále hladovějšího lidstva.

Výzkum je součástí mezinárodního programu s názvem of Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), který má za úkol zlepšit fotosyntézu za účelem zvýšení výnosnosti zemědělství. Finančně ho podporují americké a německé vládní organizace a nadace Billa a Melindy Gatesových.

Jak to funguje?

Fotosyntéza využívá enzym Rubisco – vůbec nejrozšířenější enzym na Zemi – a sluneční energii, aby změnila oxid uhličitý a vodu na cukry, které jsou pohonem pro růst rostlin. Jenže během milionů let evoluce se Rubisco stal tak trošku obětí svého úspěchu; fotosyntéza je totiž tak častá a účinná, že atmosféra Země je nyní bohatá na kyslík. A protože tento enzym má problém s rozlišováním mezi molekulami kyslíku a oxidu uhličitého, občas, přibližně ve dvaceti procentech případů, se pokusí využít kyslík. Výsledkem je vznik meziproduktu, který rostlina neumí jednoduše využít. A aby se ho zbavila, musí ho recyklovat pomocí fotorespirace.

„Fotorespirace je vlastně antifotosyntéza,“ vysvětluje spoluautor práce Paul South. „Stojí rostliny spoustu vzácné energie a dalších zdrojů, které by mohly investovat do růstu.“ A čím víc rostliny rostou, tím více člověku poskytují.

Schéma fotorespirace
Zdroj: Jiří Janoušek – VOET/D.; VOETOVÁ/J. Biochemie. 1./české vyd. Praha: Victoria Publishing/Wikimedia Commons

Fotorespirace za normálních okolností probíhá komplikovanou cestou. Vědci teď ale přišli se způsobem, jak rostlinám tento proces urychlit – našli buněčnou zkratku, která vše zkrátí a ušetří jim spoustu zdrojů. Díky tomu se růst rostlin může zvýšit o 40 procent. Výsledek této studie je přelomový – úplně poprvé se podařilo takto uměle vylepšenou fotorespiraci otestovat v reálných podmínkách zemědělství. Všechno fungovalo stejně dobře jako na papíře a v laboratořích.

„Stejně jako Panamský kanál byl inženýrským dílem, které vylepšilo efektivitu obchodu, naše fotorespirační zkratka je dílem vědy, které nabízí jedinečnou cestu, jak zvýšit efektivitu fotosyntézy,“ komentoval výsledky práce vědců ředitel RIPE Stephen Long.

Naděje pro oteplující se planetu

Autoři experimentu přišli se třemi alternativními cestami, jimiž přemostili ty přirozené. Testovali tato přemostění na 1700 rostlinách tabáku, aby zjistili, u kterých funguje nejlépe. To trvalo přes dva roky – během nich se ukázalo, že upravené rostliny rostou rychleji, rostou výš a produkují o 40 procent víc biomasy. Tabák si vybrali proto, že je často používaný. Nyní aplikují výzkum na sóju, rýži, brambory, rajčata, vignu čínskou a lilek.

3D model enzymu RuBisCO
Zdroj: ARP/Wikimedia Commons

Výzkum je důležitý také kvůli klimatickým změnám: „Rubisco má větší problémy s vybíráním uhlíku při vyšších teplotách – při nich je fotorespirace vyšší,“ popsala spoluautorka studie Amanda Cavanaghová. „Našim cílem je vytvořit lepší rostliny, které by mohly snášet horko lépe než ty dnešní – zemědělcům tak poskytneme technologii, která jim pomůže nakrmit svět.“

Podle vědců bude trvat nejméně deset let, než se tuto technologii podaří převést do praxe a nasadit ji na pole. RIPE a její sponzoři ale už nyní tvrdí, že zemědělci k ní budou mít přístup zdarma.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Mnohým AI chybí dostatečná opatření při dotazech vztažených k terorismu, varuje zpráva

Mnoho modelů umělé inteligence (AI) nemá dostatečné bezpečnostní mechanismy proti žádostem o „pomoc při teroristické operaci“, uvádí iniciativa Tech Against Terrorism v páteční zprávě.
před 11 hhodinami

Za padesát let zmizely tři čtvrtiny volně žijících obratlovců

Populace volně žijících obratlovců klesly v letech 1970 až 2022 v průměru o 73 procent. Největšími hrozbami pro tyto živočichy jsou ztráta a degradace stanovišť, nadměrné využívání přírodních zdrojů, klimatická změna, znečištění, invazní druhy nebo nemoci. Nejhůře jsou na tom sladkovodní populace živočichů, které poklesly průměrně o 85 procent. Vyplývá to ze Zprávy o stavu planety 2026 (Living Planet Report).
před 14 hhodinami

Emise skleníkových plynů za poslední dekádu měly dopad na sílu veder v Evropě, ukazuje studie

Když Evropu zasáhne mimořádná vlna veder, dokážou klimatologové poměrně dobře stanovit, jakou roli v ní sehrála člověkem způsobená změna klimatu. Nedávno publikovaná studie si ale klade mnohem složitější otázku – dá se v konkrétní vlně veder rozeznat vliv části skleníkových plynů, konkrétně těch, které lidstvo vypustilo teprve během posledních deseti let?
před 17 hhodinami

AI vyřešila stovky matematických problémů, tvrdí OpenAI. Vědci protestují

Společnost OpenAI zaměřená na výzkum a vývoj umělé inteligence (AI) zveřejnila rozsáhlou sbírku matematických výpočtů, které vytvořil její nový interní model. Podle deníku The New York Times (NYT) výsledky na jednu stranu odhalují, čeho jsou nejpokročilejší modely AI schopny, ale vyvolávají i otázku, do jaké míry se výsledky opírají o práci skutečných matematiků. Překotný vývoj AI také vyvolává obavy, že firmy technologii vyvíjejí rychleji, než se změně dokáže přizpůsobit akademické prostředí.
8. 10. 2026‌‌

Rakovina dutiny ústní zabije ročně stovky Čechů. Člověk ji může odhalit sám, radí stomatolog

Stovky lidí ročně zbytečně zemřou na rakovinu dutiny ústní, hlavně proto, že se s touto diagnózou dostanou k lékaři pozdě. Ve skutečnosti mohou ale hodně udělat sami, tento nádor se dá totiž odhalit i pomocí samovyšetření. Včasný záchyt je pro toto zhoubné onemocnění klíčový, říká v rozhovoru pro ČT24 přednosta Stomatologické kliniky FN Plzeň Lukáš Hauer.
8. 10. 2026‌‌

Větrné elektrárny mohou ochlazovat mořskou hladinu, ukázal výzkum

Spočítat dopady větrných elektráren na okolí není úplně snadné – zejména na moři, kde existuje spousta nejrůznějších vlivů, jejichž dopady komplikují vyhodnocení. Teď přišli s kvalifikovanými odhady experti ze Skotska.
8. 10. 2026‌‌

Zemřela Margaret Hamiltonová, která vyvíjela programy pro NASA

Ve věku devadesáti let zemřela americká softwarová inženýrka Margaret Hamiltonová, která vedla tým, jenž vyvíjel letový software pro program Apollo amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA). Informoval o tom její někdejší zaměstnavatel, Massachusettský technický institut (MIT).
8. 10. 2026‌‌

Největší soukromá archeologická společnost na světě končí, stovky vědců jsou bez práce

„Archeologie jako byznys s růstovou strategií“ – takový byl záměr americké soukromé společnosti Chronicle Heritage, která zaměstnávala stovky archeologů, antropologů a paleontologů. Na začátku října přestala fungovat, možná i kvůli obavám z budoucího nedostatku financí.
8. 10. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.