深海綠藻的防曬祕密，siphonein 如何在強光下守護光合作用

在海洋深處，某些藻類發展出一種有效的防禦機制，以抵禦過量陽光的傷害。來自大阪公立大學（Osaka Metropolitan University）的研究團隊發現，一種名為 siphonein 的色素能幫助海洋綠藻在強光下持續進行光合作用，而不會受到損害。

光合生物依賴於稱為光捕獲複合體（LHC）的敏感結構來吸收陽光。當葉綠素捕獲光線時，它會短暫進入一種激發的單重態，並將能量傳遞給驅動化學過程的反應中心。在正常情況下，這種能量轉移是高效且安全的；然而，當光線過強時，葉綠素可能會轉變為有害的三重態，這會產生反應性氧物種，對細胞造成氧化損傷。

研究的主要作者Ritsuko Fujii指出，生物體利用類胡蘿蔔素（carotenoid）迅速耗散過量能量，或透過三重態─三重態能量轉移（TTET）過程來抑制這些三重態。儘管這個保護過程的重要性不言而喻，但其基本規則仍不清楚。

▲ 在 L1 位點，類胡蘿蔔素（橙色）結合在一簇葉綠素分子（Chl a610–a612，綠色）附近，進而實現高效的能量淬滅。（Source：大阪公立大學）

為了更好地理解這個保護機制，研究團隊研究了刺松藻（Codium fragile，見首圖）這個海洋綠藻物種。這種藻類擁有類似於陸地植物的光捕獲天線LHCII，並且還含有不尋常的類胡蘿蔔素，包括siphonein和siphonaxanthin，這些色素使藻類能利用水下更常見的綠光。

研究人員使用電子自旋共振（EPR）光譜技術，直接檢測三重激發態，並將菠菜植物與刺松藻進行比較。結果顯示，菠菜中的葉綠素三重態信號仍然存在，而在刺松藻中，這些信號則完全消失，顯示出藻類中的類胡蘿蔔素完全中和了有害狀態。

這項研究揭示了光合綠藻的天線結構具有優秀的光保護功能。透過將EPR結果與量子化學模擬相結合，研究團隊確定了siphonein是這個保護的主要色素，並解釋了其電子結構和精確位置使其在耗散過量能量方面特別有效。

這些結果顯示，海洋藻類進化出專門的色素，不僅能吸收水下的藍綠光，還能在強光下生存。此發現不僅有助於理解光合作用，還可能啟發生物模仿的太陽能技術，這些技術內建了對能量過載的保護，最終可能導致更耐用和高效的可再生能源系統。

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（首圖來源：Parent Géry, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons）