Alg met kiezelskelet houdt CO2 stevig vast

Biologie Planten en algen zijn behept met een inefficiënt enzym voor de omzetting van CO2. Diatomeeën hebben een truc voor beter resultaat.

Diatomee Thalassiosira pseudonana, gezien door een elektronenmicroscoop.
Diatomee Thalassiosira pseudonana, gezien door een elektronenmicroscoop. Foto Science Photo Library

Diatomeeën – eencellige algen met kiezelskelet – leggen ieder jaar miljarden tonnen CO2 vast. Hun totale CO2-opslag is naar schatting vergelijkbaar met die van regenwouden. Franse en Indiase biologen verzamelden genetisch materiaal van diatomeeën tijdens een grote oceaanexpeditie en ontdekten dat vooral het enzym carboanhydrase bijdraagt aan het vermogen om CO2 op te slaan. Dat staat in Frontiers in Plant Science.

Alle planten en algen halen koolstofdioxide uit de lucht om energie in de vorm van glucose te produceren. Diatomeeën leven bovenin de oceaan. Onder invloed van licht zetten ze CO2 om in koolstofverbindingen. Als diatomeeën afzinken in de oceaan, verdwijnen ‘hun’ verbindingen tijdelijk uit de actieve koolstofcyclus.

De pech is dat het enzym waarmee planten en algen CO2 binden, rubisco, inefficiënt werkt. Het kan binnenkomend CO2 koppelen aan een organische verbinding. Maar bij pakweg één op de drie rubiscoreacties wordt er in plaats van CO2 een zuurstofmolecuul toegevoegd, en komt er juist CO2 vrij.

Diatomeeën hebben een relatief efficiënte vorm van rubisco. Voor een nog beter resultaat hebben ze, net als veel andere planten, CO2-concentratiemechanismen, om de hoeveelheid koolstofdioxide in de omgeving van rubisco hoog te houden. De omzetting verloopt daardoor efficiënter.

Opgelost in water

In de oceaan is CO2 voor het overgrote deel opgelost in wateren in die oplossing is de meeste koolstof aanwezig als het ion bicarbonaat (HCO3-). Bij diatomeeën is het dus nodig om bicarbonaat weer in CO2 om te zetten.

Er zijn in grote lijnen twee strategieën om CO2 te concentreren: biochemisch en biofysisch. De biochemische wijze is om CO2 eerst vast te leggen in oxaalacetaat, een molecuul met vier koolstofatomen. De biofyische wijze is om bicarbonaat actief naar binnen te pompen, waarna met het enzym carboanhydrase de omzetting in CO2 plaatsvindt.

Uit dna- en rna-onderzoek bleek dat het gen dat codeert voor carboanhydrase tien keer zo vaak voorkomt als genen voor andere enzymen die bij koolstofopslag betrokken zijn. Dat duidt erop dat diatomeeën vooral het biofysische systeem gebruiken.

De Utrechtse hoogleraar fotobiologie Ronald Pierik vindt de publicatie interessant, maar plaatst een kanttekening. „Het resultaat is niet één-op-één te vertalen in fysiologische verschillen. Experimenteel onderzoek moet aantonen of het echt zo werkt.”