Американцы создали компьютерную модель фотосинтеза

Учёные из университета Иллинойса (UIUC) создали первую компьютерную модель растения, которое даёт больше листьев и плодов без внесения дополнительного количества удобрений.

Такое стало возможным благодаря созданию модели эволюционного процесса. Компьютерная модель учёных имитирует все этапы процесса фотосинтеза. И хотя исследователи потратили на её создание уйму времени и средств, такой результат получить значительно легче и дешевле, чем если бы пришлось изучать влияние каждого белка в отдельности в реальном листе.

С помощью фотосинтеза растения, фитопланктон и некоторые бактерии преобразуют энергию солнца в химическую энергию своих клеток. Большая часть это процесса у растений происходит в листьях. При этом происходит целая цепь реакций с участием десятков белков-ферментов и других химических компонентов.

Чтобы провести все расчеты, биологам понадобились мощные ресурсы, и они обратились в Национальный центр суперкомпьютерных вычислений и интенсивных прикладных программ (NCSA). Сначала учёные просчитали относительное количество каждого из протеинов, вовлечённых в фотосинтез, потом создали массив связанных дифференциальных уравнений, каждое из которых может описать один шаг процесса. Затем они модифицировали модель так, чтобы она максимально точно совпадала с реальным процессом (происходящим в листьях живых растений под влиянием внешних условий). Далее учёные запрограммировали модель на беспорядочное варьирование количества тех или иных ферментов в процессе фотосинтеза (в предположении, что количество поступающего в организм растения азота стабильно). И заставили программу добиться от смоделированного растения максимальной урожайности.

Если считать, что эволюция - это отбор желаемых качеств, то можно сказать, что учёные "эволюционировали" растение до практически вдвое большей продуктивности (поэтапно компьютерная модель отобрала несколько белков, повышенное содержание которых привело к такому результату). Эти данные сравнили с результатами предыдущих исследований трансгенных растений с повышенной урожайностью и обнаружили соответствие содержания белков в реальных тканях и в модели, что подтвердило её правильность, отмечает журнал "Мембрана". "Теперь, когда процесс фотосинтеза у нас есть в виде некой программы, мы можем протестировать любые его вариации в самых разных условиях окружающей среды", - утверждает Стивен Лонг, профессор биологии растений и растениеводства в UIUC и ответственный исполнитель исследования.