科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬

海洋里一種不起眼的微小藻類，為何擁有驚人的光合“超能力”？這個(gè)謎底被中國(guó)科學(xué)家揭開(kāi)了。《科學(xué)》雜志12日以封面文章的形式發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于海洋浮游植物如何高效利用光能的研究成果，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院植物研究所的科研人員，首次揭開(kāi)高碳匯微藻——顆石藻高效捕獲光能的奧秘。這是理解生物如何進(jìn)化以適應(yīng)環(huán)境的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。

顆石藻是海洋中廣泛存在的一類浮游植物，其碳酸鈣外殼在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色?！斑@種藻類能適應(yīng)不同深度的光照環(huán)境，通過(guò)高效的光合作用快速生長(zhǎng)。然而，它們究竟如何捕捉和利用光能，科學(xué)界一直沒(méi)有搞清楚?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員王文達(dá)說(shuō)。

在這項(xiàng)研究中，科研人員成功從赫氏艾米里顆石藻中純化并解析出一種名為“光系統(tǒng)I-巖藻黃素葉綠素a/c結(jié)合蛋白超級(jí)復(fù)合物”的三維結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)分子量高達(dá)1.66兆道爾頓的巨型光合膜蛋白機(jī)器，其規(guī)模遠(yuǎn)超以往認(rèn)知，由51個(gè)蛋白亞基和819個(gè)色素分子組成，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。

研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物周圍環(huán)繞著38個(gè)捕光天線，以模塊化形式呈放射狀排列，形成巨大的光捕獲網(wǎng)絡(luò)。它的捕光面積是典型陸地植物的4至5倍。更令人驚嘆的是，該復(fù)合物的光能轉(zhuǎn)化效率超過(guò)95%，與高等植物相當(dāng)，展現(xiàn)出極高效的能量傳遞能力。

“我們還發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物中富含葉綠素c和巖藻黃素等色素，特別擅長(zhǎng)吸收深海區(qū)域中的藍(lán)綠光，從而適應(yīng)弱光環(huán)境?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員田利金說(shuō)，“同時(shí)，這些色素排列緊密、能量傳遞路徑暢通，避免了能量耗散，從而實(shí)現(xiàn)了近乎極限的光能利用效率。”

王文達(dá)表示，這項(xiàng)研究揭開(kāi)顆石藻高效利用光能的秘密，為探索光合作用機(jī)理提供了新模型。基于這一發(fā)現(xiàn)，我們未來(lái)有望設(shè)計(jì)出新型光合作用蛋白，甚至培育出能吸收更多二氧化碳的生物品種，這對(duì)發(fā)展合成生物學(xué)和應(yīng)對(duì)氣候變化都具有重要意義。

（中國(guó)科學(xué)院植物研究所供圖）