Een ontdekking door WA-plantenbiochemici zou grote implicaties kunnen hebben voor hoe we planten in de toekomst voor voedsel gebruiken en koolstof opslaan.

Als je terugdenkt aan de biologie van de middelbare school, herinner je je misschien de fotosynthese. Zo zetten planten koolstofdioxide, water en zonlicht om in suiker en energie. We zijn echter niet allemaal bekend met het proces van plantenademhaling.

In een recent gepubliceerd onderzoekspaper heeft een team van wetenschappers van de UWA School of Molecular Sciences een voorheen onbekend proces onthuld dat bepaalt hoeveel kooldioxideplanten in de atmosfeer terechtkomen.

"De ademhaling van planten lijkt in principe vrij veel op hoe onze eigen mitochondriën een substraat met een hoge energie-inhoud gebruiken om energie te creëren die de cel kan gebruiken", zegt Xuyen Le, Ph.D. kandidaat bij UWA.

"Het verschil is dat ze de suiker die ze overdag door fotosynthese maken nodig hebben, zodat ze die 's nachts kunnen verbranden."

Het verbranden van die suikers voor energie produceert koolstofdioxide. Alle overtollige suiker die niet voor energie is gebruikt, wordt in de plant opgeslagen als biomassa.

Het chemische proces van ademhaling is complex. Als gevolg hiervan richtte het team van onderzoekers hun studie op één belangrijk molecuul:pyruvaat.

Van kleine dingen groeien grote dingen

De naam "pyruvaat" komt van het Griekse woord voor vuur. Het molecuul wordt zo genoemd omdat het wordt verbrand (technisch gezien geoxideerd) om energie voor planten te produceren.

Het molecuul wordt gemaakt uit vetten, eiwitten en koolhydraten. Elke bron geeft koolstofdioxide af wanneer het wordt gebruikt om de ademhaling te stimuleren. Pyruvaat geproduceerd uit koolhydraten geeft echter 20-30% meer koolstofdioxide vrij dan pyruvaat gemaakt van vetten of eiwitten.

En het blijkt dat planten kunnen kiezen welke pyruvaatbron ze gebruiken.

"Op de een of andere manier kunnen ze kiezen welke ze willen gebruiken en de voorkeur geven aan de [koolhydraatbron] pyruvaat voor ademhaling", zegt Xuyen.

Helaas betekent dit dat planten ervoor kiezen om meer koolstofdioxide uit te stoten.

"Wat we echt willen, zijn planten die de hoeveelheid energie produceren die ze nodig hebben … maar om het te doen voor de minste hoeveelheid koolstof die vrijkomt", zegt professor Harvey Millar, een wereldleider in plantenwetenschap die ook aan het UWA-onderzoek heeft gewerkt.

De weg van de minste koolstof

De manier waarop planten energie produceren is inefficiënt en ze produceren vaak meer energie dan ze nodig hebben.

"Sommige van hen gebruiken echt veel energie, en het is een beetje onduidelijk waarom het op die manier nodig zou zijn", zegt Harvey.

En dus heeft het team een ​​nieuw proces voorgesteld om het ademhalingsproces in planten te vertragen en hun uitstoot van koolstofdioxide te verminderen.

"We kwamen erachter dat er drie routes zijn om pyruvaat te leveren voor de mitochondriën om de ademhaling te doen", zegt Xuyen. "Als er een werd geblokkeerd, zijn de andere twee actief en vergroten ze hun capaciteit zodat ze aan de behoeften van de cel kunnen voldoen."

Door pyruvaatroutes te blokkeren, hopen ze prioriteit te geven aan energiebronnen in planten die de uitstoot van koolstofdioxide beperken.

Door onnodige energieproductie te beperken, willen ze de koolstof omleiden naar biomassa in plaats van koolstofdioxide. Dit kan van groot belang zijn voor de manier waarop we planten in de toekomst als voedselbronnen en koolstofopslag gebruiken.

Is de toekomst plantaardig?

Hoewel het nog in de kinderschoenen staat, kunnen de potentiële toepassingen van deze ontdekking aanzienlijk zijn.

Gewassen kunnen groter worden en meer calorierijk zijn. Herbegroeiingsprojecten kunnen worden versneld. Hout kan sneller worden verbouwd en planten kunnen veel sneller koolstofdioxide opslaan.

"We gebruiken landbouw om voedsel te maken en dat is echt waardevol, maar het is ook... hoe we de gezondheid van onze atmosfeer beschermen", zegt Harvey.

Het team hoopt dat dit nieuwe begrip van plantenbiologie deel kan uitmaken van een gezamenlijke wereldwijde inspanning om klimaatverandering te bestrijden en voedselzekerheid te bevorderen. + Verder verkennen

De geheime koolstofbeslissingen die fabrieken nemen over onze toekomst

Dit artikel verscheen voor het eerst op Particle, een wetenschappelijke nieuwswebsite in Scitech, Perth, Australië. Lees het originele artikel.