發現新型光合作用,一些藍藻在較差可見光條件下改吸收近紅外光

作者 | 發布日期 2018 年 06 月 16 日 11:18 | 分類 天文 , 環境科學 , 生物科技 follow us in feedly

由倫敦帝國理工學院領導的研究發現,一些藍藻在可見光條件較差的情況下會關閉主色素葉綠素 a 系統,改由過去我們以為的「輔助色素」葉綠素 f 來吸收近紅外光,這項發現將改變我們對光合作用基本機制的理解。



葉綠素是植物進行光合作用的必要條件,葉綠素吸收光能並將葉綠素離子化,產生的化學能被暫時儲存在三磷酸腺苷(ATP)中,最終將二氧化碳和水轉化為氧氣及碳水化合物。葉綠素 a 和葉綠素 b 的吸收光譜在藍紫光(430~480nm)、紅光區(640~660nm)都有一吸收高峰,代表藍紫光與紅光能使地球植物最快速生長。

目前可在自然界中可以找到的幾種葉綠素有包括:葉綠素 a、葉綠素 b、葉綠素 c1、葉綠素 c2、葉綠素 d、葉綠素 f 等,其中綠色色素葉綠素 a 為主要進行光反應的色素,故又稱主色素,其餘色素吸收光能傳遞給葉綠素 a 進行光反應,故稱輔助色素。

我們已知的所有植物、藻類和藍藻都普遍存在葉綠素 a,在光合作用過程中主要吸收紅光能量,因此科學家認為光合作用具有「紅光極限(red limit)」,並依此作為天體物理學中判斷複雜生命是否可能存在系外行星上的演化條件。

但現在科學家發現,當一些藍藻成長於充斥近紅外光的環境下時,葉綠素 a 系統會休養,改由葉綠素 f 系統接管光合作用,並吸收低能量近紅外光來進行複雜化學反應,超越紅光極限。也就是說,過去我們以為只是輔助色素的葉綠素 f,實際上在光合作用中也扮演關鍵角色,能在可見光照不足、但近紅外光豐富的條件下取代葉綠素 a,不光是教科書上所寫「特殊配對」的葉綠素而已。

葉綠素 f 是在 2010 年時,由澳洲雪梨大學植物分子生物學教授 Min Chen 團隊所發現的新型葉綠素,然而此前其在光合作用中的功能定位還不確定,生態分布也不明朗。

雖然過去已知有一種海洋藍綠菌 Acaryochloris marina 也可以在波長 710nm 處吸收近紅外光,但由於只發生在該物種、且棲息於特定環境中,因此科學家判定為特例。

新發現將幫助科學家理解光合作用對能量的需求條件,也能改善搜尋外星生命的模型,很多系外行星雖然可見光條件很差,但富含近紅外光和遠紅外光。論文已發表在《科學》期刊。

(首圖為一般植物光合作用示意圖,來源:pixabay